科學家對一種神秘的超導體進行扭曲實驗，得到令人震驚的結果

把一塊極薄的晶體稍微扭一扭，看它有沒有反應。這個看似簡單粗暴的實驗，讓物理學界困惑了30年的一個頑固謎題，迎來了迄今最清晰的一次轉折。

京都大學的研究團隊在2025年12月發表于《自然·通訊》的論文中宣布，他們對超導體釕酸鍶（Sr?RuO?）施加了三種精確可控的剪切應變，結果發現這種材料幾乎毫無反應，超導轉變溫度的變化小到根本無法有效檢測。

這個"沒反應"的結果，反而成了近年來超導研究中最令人震驚的發現之一。

扭曲一塊晶體，為了回答一個大問題

1994年，日本物理學家永野義輝（Yoshiteru Maeno）領導的團隊首次在Sr?RuO?中發現了超導現象，溫度約為1.5開爾文（零下271.65攝氏度）。這本是一項令人振奮的發現，但隨之而來的，是此后整整30年沒有定論的爭論。

爭論的核心在于：這種材料里的電子是怎么配對的？

普通超導體中，電子以一種被稱為"s波配對"的方式結合，物理圖像相對清晰。而Sr?RuO?的行為一直不符合這套框架，它是典型的"非常規超導體"，其配對對稱性至今眾說紛紜。更麻煩的是，早年利用超聲波進行的實驗結果清楚地表明，這種材料似乎存在一種"雙組分超導態"，即內部同時存在兩種相互獨立但協同運作的超導區域，類似兩臺發動機同時工作。

雙組分超導態的一個關鍵預測是：它對剪切應變應該極為敏感。剪切應變是一種讓晶體部分橫向錯位的形變，類似于把一疊撲克牌的頂部相對于底部向側面滑動。理論上，這種形變會破壞雙組分態的內部對稱性，引起超導轉變溫度（Tc）的明顯變化。

京都大學豐田理研研究中心的吉奧爾達諾·馬托尼（Giordano Mattoni）主導了這次驗證實驗。他們開發了一套可以向超薄Sr?RuO?單晶施加三種不同類型剪切應變的精密裝置，并利用高分辨率光學成像技術，在低至30開爾文（零下243攝氏度）的溫度下精確測量應變與溫度的響應關系。

"什么都沒發生"，這才是真正的麻煩

實驗結果出來了，Tc的變化幅度小于每百分比應變10毫開爾文。

10毫開爾文是什么概念？它比現有儀器的可靠檢測閾值還要小，實際上等同于"零響應"。

這個結果一刀砍掉了支持雙組分超導態的幾種主流理論，因為雙組分態對剪切應變沒有強烈響應，在物理上是說不通的。馬托尼在論文中寫道："我們的研究代表著在解決凝聚態物理領域最長久謎題之一方面邁出了重要一步。"

但這個"重要一步"非但沒有帶來答案，反而制造了一個新的困局。

超聲波實驗的數據清清楚楚地顯示，Sr?RuO?對與剪切相關的擾動存在強烈響應，這也是雙組分假說在過去多年間能夠獲得廣泛支持的主要依據。而現在，直接的剪切應變測量結果說：沒有任何響應。兩套實驗用不同方法測同一個東西，卻得出了截然相反的結論。

這種矛盾意味著什么，目前沒有人能給出完整的解釋。一種可能是超聲波測量中存在某種迄今被忽略的間接效應，另一種可能則更令人不安：也許Sr?RuO?的超導態根本就是某種理論上尚未充分描述的奇異單組分態，既不符合傳統框架，也不符合雙組分假說。

正如馬托尼所說，研究結果指向的是一個"單組分超導態，或者可能是一種甚至更異乎尋常、尚待探索的超導態"。

一個工具，一扇新門

這項研究留下的不只是疑問，還有一件可以繼續使用的新工具。

京都大學團隊開發的精密剪切應變控制方法，此前從未被系統應用于Sr?RuO?的研究。這套裝置可以施加超薄晶體承受的極限形變，同時在液氦溫度附近保持足夠的測量精度，是迄今針對該類材料最為嚴格的直接機械測試之一。

研究者指出，同樣的技術可以被應用于其他同樣存在多組分行為爭議的超導體，包括重費米子超導體UPt?，以及更廣泛的一類具有復雜相變的材料。

Sr?RuO?的故事還沒有結束。但至少，科學家們現在知道了一件以前不確定的事：扭曲它，它不動。而理解為什么它不動，將是解開這個謎團的下一把鑰匙。