铜氧化物高温超导体像一本尚未合上的厚书，页页都写着物理学的谜题。30多年来，研究者在这本书的缝隙里寻找那个被称为“量子临界点”（QCP）的幽灵：一个在量子涨落主宰下，使材料性质突变的精确条件。最近，一支由H. Y. Huang、C. Y. Mou、A. Singh 与东京大学、SLAC 国家加速器实验室和国家高磁场实验室等机构合作的团队，利用高分辨率共振非弹性X射线散射（RIXS）对镧锶铜氧化物（LaSrCuO）进行系统研究，给出了有力证据——他们几乎把这只幽灵照了个正面。

　　研究组在不同掺杂水平的单晶样品上，观察到电荷密度波（CDW）动力学的逆相关长度（即电荷波动延伸距离的倒数）在掺杂与温度变化下收敛到一条普适的标度曲线。通过标度分析得到的临界指数为0.74 ± 0.08——这是一个明确且非负的数值，标志着QCP存在的关键特征。简单来说，不同条件下的电荷波动行为“叠到一起”，呈现出球盟会官网入口量子临界标度，这是典型的QCP信号。

　　更具体的实验细节同样扎实：样品采用溶剂浮区法生长，掺杂经过氧退火以消除缺陷，掺杂浓度用电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）精确标定，得到的实际掺杂值分别为 x = 0.12 ± 0.005、0.145 ± 0.005、0.166 ± 0.004 和 0.182 ± 0.008。测量在台湾光源41A束流线的AGM-AGS光谱仪上完成，入射光子能量为530 eV，能量分辨率达到16 meV，这样的分辨率对于解析微弱的光谱特征至关重要。

　　把QCP想象成物质世界的“拐点”。在经典相变中，比如水的汽化，温度改变主导宏观状态；而在量子临界点上，是量子涨落——即粒子在遵循量子力学规则下的无声舞动——支配整个系统。过去，QCP常常被超导相遮蔽，就像我们想看舞台中央的风景，却被一片烟雾挡住。此次团队通过探测电荷相关性的微小变化，成功揭开了一层烟雾，捕捉到了那份普适的标度行为。

　　为什么这很重要？首先，QCP可能是解释铜氧化物为何能在较高温度下实现无电阻传导的关键线索之一。其次，QCP附近的强量子涨落会导致电子行为远离传统的费米液体模型，出现所谓的非费米液体行为——这直接关系到材料的电阻、热导与其它输运性质。理解这些异常，才有机会从物理层面上设计更高临界温度的超导体。

　　本次工作之所以敏感而可靠，离不开RIXS技术的高解析力。RIXS能够探测电子相互作用的微妙动力学，包括电荷和声子的激发谱。实验中用σ极化入射X射线收集RIXS光谱，精确控制动量转移q，并在每次测量前后采集来自碳胶带的参考光谱，用以校准零能量位置与仪器分辨率。数据拟合在Igor Pro中通过Levenberg–Marquardt算法的非线性最小二乘方案完成，采用Voigt函数模拟弹性散射、阻尼谐振子函数表示声子与电荷波动，每个分量均与高斯轮廓卷积以考虑能量分辨率。

　　正是这些看似枯燥的实验与分析细节，确保了获得的临界指数与标度曲线不是偶然噪声，而是反映材料内在物理规律的真实信号。

　　测量显示，LaSrCuO存在波矢约为 Q = (0.235, 0) 的静态CDW，这个波矢对掺杂的敏感性很小。随着系统接近QCP，CDW的松弛率与相关长度都在增长，但CDW准粒子的寿命则变短，反映出强烈的耗散性量子涨落。此外，在超导相内观测到CDW强度与动量半宽略有抑制，提示CDW与超导之间存在竞争关系：它们在同一张相图上你争我夺，使得某些有序态难以被单独分离和表征。

　　研究组强调，尽管他们捕捉到了量子临界的普适性标度，但观察到的耗散性说明QCP并非一个简单的、孤立的临界点，而是嵌入在复杂的电子相互作用网络中。这也解释了为什么过去难以直接定位QCP——它被超级多体效应与超导本身所“遮蔽”。

　　任何重大进展都伴随新问题。此次观测确立了QCP的存在，但并未完全揭示驱动临界性的底层有序态究竟为何：是纯粹的电荷密度波？还是与旋磁、轨道等其它电子排列紧密耦合的复合秩序？此外，耗散性说明要精确分离不同激发并非易事，未来需要更高能量与时间分辨率的测量手段，以及与理论更紧密的结合。

　　研究的自然延伸包括在更广的掺杂范围和更低温／更高磁场条件下追踪标度行为，结合不同探测手段（如中子散射、角分辨光电子谱）来拼凑电子相互作用的全景图。同时，通过理论建模厘清为何临界指数为约0.74，以及它与电子关联、耗散机制之间的关系，将是下一阶段的关键。

　　有人会问：这是不是意味着室温超导近在咫尺？答案既要谨慎乐观，也要承认现实的复杂。确认QCP并非直接等于找到通往室温超导的“唯一钥匙”，但这是通往更深理解的重要里程碑。只有当我们把材料的相图理解得足够透彻，知道哪些相互作用是“帮助者”、哪些是“阻碍者”，才能在材料设计上采取有针对性的策略，从而逐步提升超导临界温度。

　　换句话说，这项工作像是把一本厚书中最关键的一页找到了，并证明了页中所写并非随笔，而是贯穿全书的线索。未来的研究需要把这条线索延展成完整的故事，进而指导新材料的合成与工程化改造。

　　超导技术一旦实现更高温度和更大规模的应用，影响将是基础设施级别的：电力输送损耗将显著降低，磁悬浮、加速器、量子设备的效能将得到提升。对普通城市居民而言，这意味着未来电网更高效、能源利用更节约；对科研和产业界而言，这意味着更多革命性的应用场景。此次对QCP的确认，正是迈向这些长远目标的基础科学铺路。

　　科学的进步往往不是一鸣惊人，而是把模糊的轮廓一点点清晰化。H. Y. Huang 等人的工作，用精细的光谱学和严谨的数据分析，把长期被遮蔽的量子临界行为显现出来。它不是终点，而是新的起点：理解复杂电子相互作用的钥匙之一已经露出牙齿。下一步，科学家们要做的是把这把钥匙试进更多“门锁”，看看能开启怎样的未来。返回搜狐，查看更多