物理学家近日在研究一种名为二碲化铀的材料时，发现了超导状态消失后留下的电子对“鬼影”。尽管超导现象已不再，但电子对似乎仍旧留存着波动的痕迹。这一发现源自伊利诺伊大学的研究团队，并发表在《美国国家科学院院刊》上。
要理解这个发现，首先需要认识到超导现象的特殊性。超导是指金属在降温至特定临界温度以下时，能够无阻力导电。在这一状态下，自由电子会过渡到一个低能量的量子态。然而，电子属费米子，量子力学规定同一态中不能有两个费米子。超导的出现依赖于“配对”机制。1957年，约翰·巴丁等人提出的BCS理论解释了电子如何通过与金属晶格相互作用而形成“库珀对”，这种对偶表现出如玻色子一般的特性，使得多个库珀对可以共处于同一量子态，从而凝聚成超导态。
然而，传统BCS理论无法解释1986年发现的“非常规”超导体。这些材料在形成库珀对后，为何能够超导至今仍是一个悬而未决的问题。非常规超导体通常在超导临界温度以下还存在其他电子态。例如，部分电子可能形成周期性电荷密度波。2007年，研究人员弗拉德金和同事提出了一种新的量子态模型——配对密度波，认为库珀对也可能以不均匀的方式排列。该理论预测配对密度波甚至能在临界温度以上存在，意味着库珀对可能在超导状态形成之前就已经存在。
到2019年，二碲化铀被发现有超导性质，低于2开尔文时进入超导状态。进一步研究表明，二碲化铀或许是一种稀有的三重态配对超导体，其电子对携带磁矩。目前仅确认的三重态配对例子是超流氦-3。
该研究的突破得益于更高质量的样品，使研究人员观察到了符合配对密度波特征的谱学响应，甚至在超导消失的高于临界温度下依旧存在。这是首次直接证据表明，在超导消失后，二碲化铀中的配对密度波依然存在。
弗拉德金形象地表示，配对密度波就像是超导消失后留下的印记。这一发现不仅开启了新的量子状态，也可能颠覆我们对超导起始机制的理解。如果库珀对在超导现象形成之前就能自我组织为配对密度波，那么这一过程的起点将比我们想象的更早。这一发现为未来设计或寻找更高温度的超导体提供了宝贵线索，历经近20年的探索，弗拉德金的理论终于迎来了实验的印证。
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