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在绝缘体中的库珀对等



  通过晶体微弱作用所形成的电子对称为库珀对,它在超导现象中起着主导的作用.但现在已观察到库珀对不仅可存在于超导体内,同时也可以存在于绝缘体内.这个实验是由美国布朗大学的 I.Volles等科学家们完成的.他们将铋原子喷射到一块具有孔洞的基板上,基板上孔洞的直径约为 27nm,而孔间距约为 100nm.喷射后的铋膜类似于一块瑞士奶酪.如果喷射的铋原子层比较厚,则铋膜是一块超导体样品;若喷射的铋原子层只有几个原子厚度,由于几何形状的限制,所形成的铋膜是一块绝缘体样品.
  当温度降到临界温度 2K以下时,铋膜样品是处于超导态还是绝缘态是很容易分辨的,超导态的电阻为零,因为库珀对的合作效应产生了零电阻电流;但处于绝缘态的铋膜却具有很高的电阻值.进一步的工作是去判断铋原子膜在绝缘态下是否确实存在着库珀对.研究组采用的方法是对铋膜施加外部磁场并观察膜电阻随外磁场的变化规律.由于电阻与带电体电荷是成正比地作周期变化,若其周期变化是正比于具有两倍电荷的带电体,则表明在绝缘体样品中存在着库珀对.当然这种情况只能在极低温度下才能出现.I.Volles 博士还指出,过去也曾有文献提出库珀对不仅可存在于超导态,也可以存在于绝缘态,但却没有充分的实验数据来证明,这次布朗大学的实验非常直接地测量到这些数据,因此他们的工作将对今后的超导态与绝缘态关系的研究提供很大的帮助.
  (云中客 摘自Science, 23Nov.2007)
  
  高强度的光电效应
  
  光电效应是爱因斯坦在 1921 年获得诺贝尔奖的一个项目,它也是早期量子理论发展时的一个里程碑,因为它在物理上阐明了一个基本原理,即具有确定波长的光是由与它相对应的能量的光子所组成.最近德国汉堡的科学家 A.A.Sorokin 等人利用自由电子所产生的激光(其波长为 13 nm的紫外光)进行了光电效应.在实验中他们使氙原子的电子变成为自由电子.他们实验中的自由电子激光光束产生的辐射能高达1016W/cm2之多.
  他们还精确地测定了从氙原子中弹射出的电子的数量和所存在的氙离子.结果表明,氙原子中的电子转变为自由电子的数量可达到 21 个之多. 这是以往光电效应实验中从未达到过的数量.对于这个惊人的结果,光的量子化或光子理论均无法给出科学的解释.
  (云中客 摘自 physical Review Letters, 23 Nov. 2007)
  
  超越原子核滴线
  
  近来发现了几种新的重同位素,至少其中之一超出了中子滴线.在以核内的中子数为横坐标,以质子数为纵坐标的核素图上,在原子核的丰质子一侧和丰中子一侧,各有一条边界线,分别称为质子滴线和中子滴线,超出滴线外的原子核中的核子是不能束缚在一起的.然而,目前人们对核力的了解还不足以用理论准确计算出滴线的位置.这就需要通过实验来寻找可能存在的原子核.
  最近在美国Michigan State 大学国家超导回旋加速器实验室(NSCL)上进行的一项实验中,用一种钙离子束轰击钨靶,生成了大量的不同的核素,用灵敏的探测器对这些核素进行了鉴别.两个新发现的核素镁-40 和铝-43并没有什么新奇之处.但是另一个核素铝-42是很不寻常的,因为从理论上讲,对于这样大的原子核,其所具有的奇数个质子和奇数个中子是不能束缚在一起的.
  这几个新发现的核素在几毫秒内就衰变掉了,但是从核的标准来讲,这时间已经算相当长了.为什么要研究这些瞬间即逝的原子核呢?虽然在自然界并不存在这些核,但它们在恒星中或新星中产生重元素(包括那些组成地球和我们身体的重元素)的过程中起着一定作用.负责这项研究工作的Thomas Baumann 认为,可能还存在着更重的铝的同位素,值得去探索核素图上新的稳定岛,而不应仅仅探索元素周期表上最边缘的稳定岛.有关论文发表在Nature, 25 October 2007上.
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摘自:物理 2008年第03期  
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