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一項新的研究表明，一種高溫超導體違反了固態物理學中一項有150年曆史的定律。韋德曼-弗朗茲定律預測，在低溫下，金屬應該能很好地導熱和導電。但現在物理學家發現，在接近絕對零度時，銅氧化物基超導體中的熱和電荷各自遵循不同的路徑。繼續沿著這個研究方向深入，可能會更全面地理解超導材料，以及如何找到更好的超導材料。一篇描述這些結果的報告今天發表在《自然》雜誌上。
韋德曼-弗朗茲定律是極其成功的費米液體理論的結果，該理論認為，在大的群體中，電子可以被認為是具有更高質量但電荷和自旋與通常相同的粒子。然而，物理學家已經看到一些跡象表明，銅氧化物基超導體在非超導狀態下違反了費米液體理論。為了解釋這一點，一些科學家提出，電子群有時表現得好像每個電子都由一對分別傳輸電荷和自旋的實體組成。由於這兩個實體都會攜帶熱量，因此充滿這種電子的材料不會具有相同的熱量和電荷的緊密關聯。為了驗證這種可能性，研究作者消除了銅氧化物化合物PCCO的超導性，並觀察了其在開爾文零度以下的熱量和電荷傳輸。“我們的測量可能是自旋-電荷分離最直接的證據，”多倫多大學的合著者路易斯·塔耶弗爾解釋說。“這很令人興奮，因為它揭示了正在發生一些新物理現象的例子。”
塔耶弗爾說，下一步將是在更廣泛的電子濃度範圍內檢查PCCO的行為，以瞭解費米液體理論在何處成立和失效，從而嘗試開發出更好的關於這些化合物中電子行為的理論。這種理解最終可能使尋找在更高溫度下轉變為超導體的材料變得更容易。