中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：Robert Laughlin正展開絕地反擊。離開物理學(xué)界10年后，這位美國斯坦福大學(xué)的諾貝爾獎(jiǎng)得主在兩篇即將發(fā)表的論文中表示，大部分物理學(xué)家有關(guān)高溫超導(dǎo)性起源的基本假設(shè)是錯(cuò)誤的。相反，Laughlin認(rèn)為，這個(gè)凝聚態(tài)物理學(xué)最大的謎題能夠從金屬的傳統(tǒng)理論開始解釋，但數(shù)十年前，大部分理論物理學(xué)家拋棄了該理論。
超導(dǎo)是指某些物質(zhì)在一定溫度條件下（一般為較低溫度）電阻降為零的性質(zhì)。高溫超導(dǎo)體的溫度只是相對(duì)于原來超導(dǎo)所需的超低溫高了許多。
近年來，Laughlin致力于撰寫科普書籍，并于2004年~2006年間擔(dān)任韓國先進(jìn)科技學(xué)院院長。他拒絕回答有關(guān)其發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》和《物理評(píng)論B》的論文的問題。他認(rèn)為自己的工作會(huì)帶來震動(dòng)，能將超導(dǎo)領(lǐng)域從受困多年的泥沼中拯救出來。“這里上演的一切在物理學(xué)領(lǐng)域很少出現(xiàn)。”Laughlin在一封郵件中寫道，“根深蒂固的理念被一個(gè)人用邏輯學(xué)粉碎了”。
其他物理學(xué)家表示，這樣的震動(dòng)確實(shí)需要，但Laughlin忽視了實(shí)驗(yàn)證據(jù)，這削弱了其理論。而且，有人認(rèn)為，Laughlin的論文將持續(xù)與諾貝爾獎(jiǎng)得主Philip Anderson的長期爭(zhēng)論。美國普林斯頓大學(xué)的Anderson支持一個(gè)關(guān)于高溫超導(dǎo)的迥然不同的理論。
一般理論認(rèn)為，普通的超導(dǎo)體是鉛或鈮等金屬。這些材料被冷卻到絕對(duì)零度附近，其內(nèi)部的電子會(huì)形成寬松的電子對(duì)，并被它們之間帶正電荷的電離子列的振動(dòng)所束縛，最終電流能暢通無阻地通過金屬。
但是，這種“振動(dòng)黏合”并不足以解釋銅和氧的混合物如何在138開爾文的溫度下成為超導(dǎo)體。在鉍鍶鈣銅氧化物、釔鋇銅氧化物以及其他“銅氧化物”中，銅原子、氧原子和其他原子形成了平面，在每個(gè)平面里，銅原子按正方形排列，而氧原子則位于相鄰銅原子之間。
在金屬中，每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)出一個(gè)自由電子。但是，在銅酸鹽化合物中，這些電子會(huì)被卡住。研究人員“摻入”額外的氧原子，它們將吸引一些銅釋放的電子，從而破壞“擁堵”，并以某種方式觸發(fā)超導(dǎo)性。
在高溫超導(dǎo)性被發(fā)現(xiàn)27年之后，理論物理學(xué)家仍然未就其發(fā)生原理達(dá)成一致。在氧—銅平面中，相鄰電子以一種名為反鐵磁性的方式被磁化。一些理論物理學(xué)家認(rèn)為，以這種方式產(chǎn)生的漣漪提供了束縛電子對(duì)的黏合力。但是，Anderson等人則認(rèn)為，這里并不需要“膠水”，電子間強(qiáng)大的排斥力就能創(chuàng)造電子對(duì)。
Laughlin駁斥了這兩種觀點(diǎn)，重新提出了金屬的基礎(chǔ)理論。電子通常相互排斥，但是該理論認(rèn)為，在金屬中，電子的行為好像并不相互作用。理論物理學(xué)家通過擬想不相互作用的電子和增加它們之間的作用力來解釋這一情況。而這種互動(dòng)鍛造了互不影響的“準(zhǔn)粒子”。
Laughlin爭(zhēng)論道，銅氧化物一定是以同樣的方式得到。他著眼于銅氧平面上的準(zhǔn)粒子。通過調(diào)整斥力、從原子到原子的跳躍速度以及磁力等參數(shù)，Laughlin希望能從理論上復(fù)制銅氧化物的改變。例如，他說聲稱與眾不同的“贗能隙”階段，實(shí)際上是一種名為d-密度波的電流模式。
超導(dǎo)體的特征之一是具有能隙，用來打破庫侖對(duì)使之成為單個(gè)自由電子。然而20世紀(jì)90年代中期，物理學(xué)家在銅酸鹽高溫超導(dǎo)材料中發(fā)現(xiàn)了與低溫超導(dǎo)體相似的能隙，稱為“贗能隙”。另外，Laughlin還表示，新工作是對(duì)莫特絕緣體理論的挑戰(zhàn)。
像氧化鎳、氧化錳等氧化物，一個(gè)晶胞中具有奇數(shù)個(gè)價(jià)電子，按照能帶理論應(yīng)當(dāng)有良好的導(dǎo)電性，而實(shí)驗(yàn)表明它們卻是透明的絕緣體。英國物理學(xué)家Nevill Mott等人認(rèn)為問題在于電子之間相互作用引起的關(guān)聯(lián)效應(yīng)。這些氧化物后來被稱為莫特絕緣體。
有科學(xué)家認(rèn)為，Laughlin并沒有保持科學(xué)性。美國俄亥俄州立大學(xué)理論物理學(xué)家Tin-Lun Ho指出，莫特絕緣體已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。麻省理工學(xué)院理論物理學(xué)家Patrick Lee也表示，Laughlin用于復(fù)制銅氧化物的參數(shù)值與實(shí)驗(yàn)值相沖突。
盡管他們持有不同的意見，但許多理論物理學(xué)家表示，他們十分高興Laughlin能重回該領(lǐng)域?！拔覀兌紣跙ob?！卑⒇晣覍?shí)驗(yàn)室理論物理學(xué)家Michael Norman說，“他是超凡的?！?
但Anderson并沒有分享這份熱情。2004年，Laughlin發(fā)表了一首長達(dá)13頁的詩，即興重復(fù)了美國詩人亨利·沃茲沃思·朗費(fèi)羅的《海華沙之歌》，在詩中，他似乎將自己描寫成一個(gè)無辜的英雄，被一個(gè)明顯是Anderson的匿名角色引入歧途。
當(dāng)被詢問有關(guān)Laughlin論文的問題時(shí)，Anderson說自己忙于準(zhǔn)備90歲生日宴會(huì)，無暇他顧。但是，他也表示，Laughlin“似乎沒有閱讀或理解我對(duì)莫特物理學(xué)的解釋”。
