高温超导体

铜氧化物陶瓷中发现的超导电性，其转变温度高于液氮沸点，颠覆了人们的预期，并揭示了一种BCS理论无法解释的非传统配对机制。

Definition

高温超导体是主要指铜氧化物（铜酸盐）陶瓷的材料，它们在远高于传统极限的温度下表现出超导性；它们通过掺杂反铁磁莫特绝缘体而产生，表现出d波配对，并且被认为是由电子而非简单的声子机制驱动，其机制仍未得到解释。

Scope

本主题涵盖铜酸盐及相关高温超导体：其层状铜氧化物结构、反铁磁莫特绝缘体母体化合物、掺杂后的相图（包括赝能隙和超导穹顶）、d波配对对称性，以及配对机制这一核心未解问题。它还涉及铁基超导体和高压氢化物。本主题将这些非传统超导体与姊妹主题中的传统BCS图景进行对比。

Core questions

• 铜酸盐超导体与传统金属有何结构和电子特征上的区别？
• 超导态是如何从掺杂反铁磁莫特绝缘体中产生的？
• 赝能隙是什么？相图如何组织铜酸盐？
• 为什么传统的BCS理论无法解释高温超导电性？

Key concepts

• 铜酸盐铜氧化物层
• 掺杂的反铁磁莫特绝缘体母体
• 相图、赝能隙和超导穹顶
• d波配对对称性
• 铁基和氢化物超导体

Clinical relevance

高温超导体可以在廉价的液氮冷却下运行，从而实现电力电缆、故障电流限制器和高场磁体；理解其机制也是物理学中最深刻的未解问题之一，对强关联电子理论至关重要。

History

1986年，Bednorz和Müller在一种镧铜酸盐中发现了接近35 K的超导电性，并于次年获得了诺贝尔奖；1987年发现的YBa2Cu3O7的转变温度为93 K，高于液氮温度，引发了持续至今的研究热潮。

Debates

铜酸盐的配对机制

在发现几十年后，关于高温超导体中电子如何结合仍未达成共识；自旋涨落、共振价键和其他强关联电子情景相互竞争，赝能隙的作用也仍存在争议。

Key figures

• Johannes Georg Bednorz
• Karl Alexander Müller
• Philip Warren Anderson

Seminal works

• bednorz1986
• wu1987

Frequently asked questions

为什么高温超导电性被认为是非传统的？

铜酸盐的超导温度远高于BCS声子配对所认为的允许温度，它们从绝缘磁性母体而非良好金属中产生，并且具有d波而非s波配对，因此它们的机制似乎是电子性的，而非传统的晶格振动机制。

高温超导电性的机制是否已解决？

否。尽管付出了巨大的努力，铜酸盐的配对机制仍未解决；它被广泛认为是凝聚态物理学中最重要的未解问题之一。