I åratal, fysiker har antagit att Cooper parar, elektronduos som gör det möjligt för superledare att leda elektricitet utan motstånd, var två-trick ponnyer. Paren glider antingen fritt, skapa ett supraledande tillstånd, eller skapa ett isolerande tillstånd genom att fastna i ett material, inte kan röra sig alls.

Men i en ny artikel publicerad i Vetenskap , ett team av forskare har visat att Cooper -par också kan leda elektricitet med viss resistans, som vanliga metaller gör. Fynden beskriver ett helt nytt tillstånd, säger forskarna, som kommer att kräva en ny teoretisk förklaring.

"Det hade funnits bevis för att detta metalliska tillstånd skulle uppstå i tunnledande superledare när de svalnade mot sin supraledande temperatur, men huruvida staten involverade Cooper -par eller inte var en öppen fråga, "sa Jim Valles, en professor i fysik vid Brown University och studiens motsvarande författare. "Vi har utvecklat en teknik som gör att vi kan testa den frågan och vi visade att verkligen, Cooper -par ansvarar för transport av laddning i detta metalliska tillstånd. Det som är intressant är att ingen är helt säker på en grundläggande nivå hur de gör det, så detta fynd kommer att kräva lite mer teoretiskt och experimentellt arbete för att förstå exakt vad som händer. "

Cooper -par är uppkallade efter Leon Cooper, en fysikprofessor vid Brown som vann Nobelpriset 1972 för att beskriva sin roll i att möjliggöra supraledning. Motstånd skapas när elektroner skramlar runt i atomgitterna i ett material när de rör sig. Men när elektroner går samman för att bli Cooper -par, de genomgår en anmärkningsvärd förändring. Elektroner i sig är fermioner, partiklar som följer Pauli -uteslutningsprincipen, vilket innebär att varje elektron tenderar att behålla sitt eget kvanttillstånd. Cooper par, dock, agera som bosoner, som gärna kan dela samma tillstånd. Det bosoniska beteendet gör att Cooper -par kan samordna sina rörelser med andra uppsättningar Cooper -par på ett sätt som minskar motståndet mot noll.

Under 2007, Valles, arbetade med Brown -teknik och fysikprofessor Jimmy Xu, visade att Cooper -par också kunde producera isoleringstillstånd samt supraledning. I mycket tunna material, snarare än att flytta i konsert, paren konspirerar för att stanna kvar, strandade på små öar i ett material och kunde inte hoppa till nästa ö.

För denna nya studie, Valles, Xu och kollegor i Kina letade efter Cooper-par i det icke-superledande metalliska tillståndet med en teknik som liknade den som avslöjade Cooper-parisolatorer. Tekniken innebär att mönstra en tunnfilmsledare-i detta fall en högtemperatur superledare yttrium barium kopparoxid (YBCO)-med uppsättningar av små hål. När materialet har en ström som rinner genom det och utsätts för ett magnetfält, laddningsbärare i materialet kommer att kretsa runt hålen som vatten som cirkulerar i ett avlopp.

"Vi kan mäta frekvensen vid vilken dessa laddningar cirklar, "Sa Valles." I det här fallet, vi fann att frekvensen överensstämmer med att det går två elektroner runt åt gången istället för bara en. Så vi kan dra slutsatsen att laddningsbärarna i detta tillstånd är Cooper -par och inte enstaka elektroner. "

Tanken att bosonliknande Cooper-par är ansvariga för detta metalliska tillstånd är något av en överraskning, säger forskarna, eftersom det finns element i kvantteorin som tyder på att detta inte borde vara möjligt. Så att förstå vad som händer i detta tillstånd kan leda till spännande ny fysik, men mer forskning kommer att krävas.

Lyckligtvis, säger forskarna, det faktum att detta fenomen upptäcktes i en högtemperatur superledare kommer att göra framtida forskning mer praktisk. YBCO börjar supraledning vid cirka -181 grader Celsius, och metallfasen börjar vid temperaturer strax över det. Det är ganska kallt, men det är mycket varmare än andra superledare, som är aktiva strax över absolut noll. Den högre temperaturen gör det lättare att använda spektroskopi och andra tekniker som syftar till att bättre förstå vad som händer i denna metallfas.

Nerför gatan, säger forskarna, det kan vara möjligt att utnyttja detta bosoniska metalltillstånd för nya typer av elektroniska enheter.

"Saken med bosonerna är att de tenderar att vara mer i ett vågliknande tillstånd än elektroner, så vi pratar om att de har en fas och skapar störningar på ungefär samma sätt som ljus gör, "Valles sa." Så det kan finnas nya metoder för att flytta laddning i enheter genom att leka med störningar mellan bosoner. "

Men för nu, forskarna är glada över att ha upptäckt ett nytt materiellt tillstånd.

"Vetenskapen bygger på upptäckter, "Xu sa, "och det är fantastiskt att ha upptäckt något helt nytt."