超高速悬浮列车、远距离无损电力传输、更快的核磁共振成像机——如果我们能够制造出一种在室温附近无电阻或“超导”地传输电力的材料，那么所有这些奇妙的技术进步都可以在我们的掌握中。
在《科学》杂志上发表的一篇论文中，研究人员报告说，我们对相对较高(尽管仍然寒冷)温度下超导性起源的理解取得了突破。这些发现涉及自 1986 年以来一直困扰科学家的一类超导体，称为“铜酸盐”。
“[1986 年]发现铜酸盐超导体时，人们感到非常兴奋，但不明白为什么它们在如此高的温度下仍保持超导性，”熨斗研究所计算量子物理中心 (CCQ) 的高级研究科学家张世伟说。 “我认为让每个人感到惊讶的是，近 40 年后，我们仍然不太明白他们为什么要做他们所做的事情。”
在这篇新论文中，张和他的同事成功地用一个称为二维哈伯德模型的简单模型重现了铜酸盐超导的特征，该模型将材料视为围绕量子棋盘移动的电子。就在几年前，同一位研究人员证明了该模型的最简单版本无法实现这样的壮举，这一突破就出现了。研究合著者、慕尼黑大学教授乌尔里希·斯科尔沃克 (Ulrich Schollwöck) 表示，这种简单的模型可以激发人们对物理学的更深入理解。
“物理学的想法是让模型尽可能简单，因为它本身就足够困难了，”Schollwöck 说。 “所以一开始我们研究了可以想象到的最简单的版本。”
在这项新研究中，研究人员在二维哈伯德模型中添加了电子进行对角跳跃的能力，就像国际象棋中的象一样。通过这种调整和在超级计算机上进行数千周的模拟，研究人员的模型捕捉到了先前在实验中发现的铜氧化物的超导性和其他几个关键特征。通过证明简单的哈伯德模型可以描述铜酸盐超导性，作者证明了其作为理解超导性为何以及如何出现的平台的价值。
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