电流在导线里奔跑，总会因为电阻而白白浪费能量，变成热量散失掉。
但在一类神奇的材料里，这种浪费可以完全消失。只要把它们冷却到特定温度以下，电阻就会骤降为零，这就是超导体。
超导体是量子物理中最令人着迷的材料之一，在强磁体、超灵敏探测器和量子电路中都大有用武之地。
不过，超导体并非能承受无限大的电流。电流一旦过大，超导状态就会崩溃。
德国汉堡马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所的科学家，找到了一种巧妙的办法，把超导体推到了前所未有地接近其真正极限的位置。
研究成果发表在国际顶级期刊《自然-物理》上，论文第一作者为Eryin Wang，团队负责人为著名物理学家安德烈亚·卡瓦莱里。
一、超导体为什么“早退”？
超导现象源于电子结成的“库珀对”，这一图景早在上世纪50年代就由物理学家提出，并因此获得诺贝尔奖。
在超导态下，电子不再各自为战，而是两两配对、步调一致地集体运动，就像一支训练有素的方阵，在材料中畅通无阻。
材料在出现电阻之前能承载的最大电流，叫作临界电流。
然而，在常见的第二类超导体中，实验测得的临界电流往往并不是超导本身的极限。
真正的“捣乱分子”是磁涡旋。它们是材料中允许磁通量穿过的微小区域，就像水面上的一个个小漩涡。
电流增大时，这些涡旋会被推动着移动。它们一动，就会产生电阻和热量，最终把超导状态“烧”垮。
其实，超导体还有一个更高的根本极限，叫作“拆对电流”。
Eryin Wang打了个比方：电流会“扭转”超导体相干量子态的相位，就像拧紧一根发条。拧得太过，量子态就会失稳，库珀对开始被拆散。
可惜的是，传统直流测量几乎永远到不了这个极限，因为涡旋运动和发热总是抢先一步破坏超导。
二、和涡旋赛跑的策略
研究团队的思路简单而大胆：既然涡旋拖后腿，那就赶在它们动起来之前完成测量。
Eryin Wang说，他们的策略就是“跑赢涡旋的动力学”。
涡旋的移动速度可以达到每秒数十公里，听上去很快。但在一皮秒，也就是一万亿分之一秒内，它们只能移动几十纳米。
所以，只要电流施加的时间足够短，就能把电流密度推到极高水平，而涡旋还来不及明显移动或让材料升温。
这就像在对手眨眼之前完成一次冲刺，比赛结束时，对方还没来得及起跑。
为此，团队动用了研究所自主开发的超快电输运平台。
合作者圭多·迈尔介绍，他们用300飞秒的绿色激光脉冲触发光电导开关，从而产生仅持续几皮秒的电流脉冲。
这些电脉冲沿着一条共面波导传播，最终穿过只有几微米大小的超导样品。
三、两种超导体，两种“性格”
研究人员选择了两种具有代表性的材料：氮化铌和钇钡铜氧。
氮化铌的超导能隙在各个方向上几乎相同，属于s波超导体。钇钡铜氧则是著名的高温超导体，其能隙随方向剧烈变化，属于d波超导体。
实验中，氮化铌表现得像一位“硬汉”。它一直保持强劲的超导状态，直到电流达到一个远高于常规直流临界电流的明确阈值，随后响应突然改变，标志着库珀对开始被拆散。
钇钡铜氧则完全不同。它的超导态没有在某个点上突然崩塌，而是随着电流增大逐渐减弱。
研究人员认为，这种差异源于两种材料不同的内部结构。钇钡铜氧的能隙在某些方向上会完全消失，这使得超导性可以一点点“漏掉”，而不是在一个阈值上整体垮塌。
卡瓦莱里表示，皮秒输运测量能够揭示超导体的一些微观性质，包括能隙对称性，而这些是常规直流测量无法直接获得的。
这意味着，科学家多了一把探测超导微观世界的新“探针”。对于至今仍未被完全理解的高温超导机制而言，这样的工具尤为珍贵。
当然，研究人员也坦言，还需要在更多超导材料上开展实验，才能确定这种关联的普适程度。
更广泛地看，这项工作说明，在与超导态本身相当的时间尺度上操作，可以揭开通常被涡旋运动和发热所掩盖的物理现象。
这一新开辟的超高电流超导区域，未来还可能在光电子学和磁性器件中找到用武之地。
在与时间的赛跑中期货配资查询，物理学家再一次证明，只要足够快，就能看到自然隐藏的另一面。
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