理論預測的“惡魔”粒子首次現身，可助揭示超導體工作原理

等離子體激元是等離子體內的集體振動，其行為就像一個粒子，這種“準粒子”在金屬反射和吸收光等方面發揮關鍵作用。

理論預測67年后，美國和日本的科學家首次在釕酸鍶內部發現了名為“惡魔”的粒子。這一發現或可解釋為什么某些材料是超導體，并有助科學家尋找新的超導材料。相關論文發表于9日出版的《自然》雜志。

該粒子是一種等離子體激元，產生于名為等離子體的帶電粒子。當電子從原子中自由“漂浮”出來時，就會形成等離子體。等離子體激元是等離子體內的集體振動，其行為就像一個粒子，這種“準粒子”在金屬反射和吸收光等方面發揮關鍵作用。

1956年，美國物理學家大衛·派因斯首次提出了一種由兩種不同能量的等離子體以不同頻率振蕩產生的等離子體激元，稱其為“獨特的電子運動”或“惡魔”，并預測它將具有多種特性：對光不可見、電中性、行為表現類似聲音等。這些特征有助揭示超導性，以及金屬納米顆粒與如何光相互作用。

在最新研究中，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校彼得·阿巴蒙特領導的團隊，首次在釕酸鍶這一超導晶體內發現了“惡魔”。為做到這一點，他們將電子從晶體上彈開，并以極高精度測量其獲得或損失的能量，然后利用這一微小的能量變化計算晶體內“惡魔”的動量，結果與派因斯的預測非常吻合。

阿巴蒙特表示，“惡魔”也應該存在于其他許多金屬材料中，只需要這種金屬擁有兩組以不同頻率振動的不同能量的電子，而包括高溫超導體氫化鑭在內的很多材料都擁有這些特征。

這種“惡魔”粒子或許也能解釋超導性是如何產生的。獲得諾貝爾獎的BCS理論（以三位發現者名字的首字母命名）是解釋常規超導體超導性的微觀理論，其認為電子可配對并在零電阻情況下四處移動，這些成對電子可通過聲音準粒子“聲子”相互作用。但也有人認為，它們能通過“惡魔”粒子相互作用。阿巴蒙特表示，最新研究可能暗示了情況確實如此。