新型超导材料“二碲化铀”突破：发现全新量子物质态

科学家在“二碲化铀”这种新型且不寻常的超导体中发现新晶体超导态，这种神奇材料能制造极其强大的磁铁，或许还可成为下一代量子运算基础。

二碲化铀（Uranium Ditelluride，化学式：UTe2）是无机化合物，也是 2018 年发现的非常规超导体，有 2 种超导相。

根据 BCS 超导理论，当电子克服相互排斥力形成所谓的“库柏对”，就可像超流体在材料中不受阻碍传播，这些库柏对的波函数有 3 种可能对称类型：s 波、d 波、p 波。

s 波超导体包括传统超导体（即遵守 BCS 理论），如铅、锡、汞，这些材料每个库柏对由一个自旋向上的电子和一个自旋向下的电子组成，当电子正面朝彼此移动，净自旋角动量为零。

d 波超导体出现在非常规（非 BCS）高温超导体，如氧化铜，这些材料的电子也形成库柏对，其中一个电子向上自旋，另一个电子向下自旋，每对电子的净自旋角动量也为零，但这些库柏对的轨道角动量不为零。

p 波超导体最独特，库柏对波函数具奇性宇称，代表 2 个电子都向上自旋或向下自旋（2 个电子自旋方向相同），即每对电子都是采用自旋三重态的拓朴超导体，边缘具不寻常状态，因此引起相当程度关注。

只不过科学家对拓朴超导体深入研究已 10 年之久，除了超流体 3He，还没有任何材料明确认为是奇宇称、自旋三重态超导体，倒是奇异的二碲化铀成为此分类极具前景的候选材料。

2021 年，理论物理学家开始提出二碲化铀实际处于对密度波（pair-density wave，PDW）状态、而非传统超导流体;简单来说，PDW 就像超导体的电子对呈现静止舞蹈，但在整个空间形成周期性晶体图案。

最近，牛津大学与康乃尔大学团队使用扫描隧道显微镜分析二碲化铀，成功在二碲化铀发现一些电子对形成 PDW 晶体结构，也可说发现一种全新量子物质态──由自旋三重态库柏对组成的 PDW。

之前团队就曾在 s 波超导体和 d 波超导体观察到 PDW，最新结果显示 PDW 状态对所有类型库柏对都通用。

研究人员表示，二碲化铀可能带来更稳定、更实用的量子电脑，对凝聚态物理、量子运算、自旋电子学领域等产生重大影响。

新论文发表于《自然》（Nature）期刊。