新发现挑战现有超导理论

在元素周期表中，铋（Bismuth）是看起来最奇怪的元素之一，但是它的内在性质却更加奇怪。科学家发现，在非常接近绝对零度（-273.15摄氏度）下，即0.00053开尔文（1摄氏度度=274.15开尔文），铋会变成超导体（其电阻完全消失，电流可以在期间无损耗的流动）。这个发现使现有的超导理论处于危险境地。

铋的阶梯晶体结构。（? Wikipedia）

自发现超导以来，为什么在低温下某些金属的电阻会消失一直是个谜题，直到1957年，巴丁、库珀和施里弗提出BCS理论（获得了1972年诺贝尔物理学奖），其微观机理才得到一个令人满意的解释。BCS理论认为移动电子会形成“电子对”，在晶格中可以无损耗的运动，就会形成超导电流。

根据BSC理论，超导材料中应该具有丰富的自由流动的移动电子，也就是说如果要呈现出超导性，每个原子就需要有一个移动电子。但是在铋中，每10万个原子中只有一个移动电子。由于载流子密度（即单位体积的电子数量）是如此之小，科学家并不认为铋会变成超导体。

除了这个事实外，铋在室温下具有非常高的电阻，它的热导率要比任何金属（除了水银）都要低。科学家在过去几十年中一直尝试发现在铋是否具有超导性，但这并不是一件容易的事情。即使科学家把铋冷却至非常低的温度（低至0.01开尔文），依然没有发现铋显示出任何超导性，因此在前科学家就放弃了这样的尝试。

但是总有人有着不放弃的精神，Ramakrishnan和他的团队就是这群人，它们继续尝试，当他们把温度降低至0.00053开尔文，科学家苦苦追寻的超导现象发生了。

他们的发现却使我们不得不怀疑BCS理论的可靠性，因为金属并没有足够的电子可以使他们配对，但为什么还可以产生超导性？尽管科学家已经在这一领域付出了巨大努力，但是我们对超导现象的理解依然不够，我们需要一个新的机制来解释这一新发现。

参考文献：

O. Prakash et al. Evidence for bulk superconductivity in pure bismuth single crystals at ambient pressure, Science (). （[/pdf/1603.04310v4.pdf]）