发表在《纳米快报》上的一项研究中，研究人员首次展示了一种新技术，这种技术可以以原子级精度测量超导材料中的量子激发。检测这些激发是了解奇异超导体的重要一步，这可以帮助我们改进量子计算机，甚至可能为室温超导体铺平道路。

超导体是没有任何电阻的材料，通常需要极低的温度环境。它们的应用领域非常广泛，在从医学应用到量子计算机的应用中都是核心角色。超导是由被称为库珀对的电子对所引起的。到目前为止，库珀对的发现是通过宏观间接地批量测量得出，但阿尔托大学和美国橡树岭国家实验室的研究人员开发的一项新技术可以以原子级精度检测它们的出现。

该实验由橡树岭国家实验室的Wonhee Ko和Petro Maksymovych在阿尔托大学的Jose Lado教授的理论支持下进行。电子可以通过量子隧道穿越能量屏障，通过空间从一个系统跳到另一个系统，这是经典物理学无法解释的。例如，如果一个电子在金属和超导体相接触的地方与另一个电子配对，它可以形成进入超导体的库珀对，同时在一个被称为“安德烈夫反射”的过程中将另一种粒子“踢回”到金属中。该团队研究人员通过寻找这种安德烈夫反射来检测库珀对。

为了做到这一点，他们测量了原子级金属尖端和超导体之间的电流，以及电流如何依赖于金属尖端和超导体之间的分离。这使他们能够检测到返回超导体的安德烈夫反射量，同时能保持与单个原子相当的成像分辨率。该实验结果完全符合Lado教授的理论模型。

这种在原子尺度上对库珀对的实验检测为理解量子材料提供了一种全新的方法。研究人员首次能够确定库珀对的波函数如何在原子尺度上重建，以及它们如何与原子尺度的杂质和其他障碍物发生相互作用。

Lado教授说：“这项技术建立了一种关键的新方法，能用于理解被称为非常规超导体的外来类型超导体的内部量子结构，这可能使我们能够解决量子材料中的各种开放问题。”非常规超导体是量子计算机的潜在基础构件，它可以提供能在室温下实现超导的平台。库珀对在非常规超导体中具有独特的内部结构，这到迄今为止仍然很难理解。

这一发现允许直接探测非常规超导体中库珀对的状态，并为整个量子材料家族建立了一项关键的新技术。它代表了我们对量子材料的理解向前迈出了重要的一步，并将有助于推动开发量子技术的工作。（编译:Qtech）