来自慕尼黑路德维希 - 马克西米利安大学、乌得勒支大学的科研团队，依靠高精度扫描隧道显微镜捕捉电流散粒噪声，在 BSCCO 铜氧化物高温超导体上拿到关键实验证据，解开了困扰学界多年的伪能隙谜团，相关成果已经刊登在《Science》期刊上。高温超导里面的伪能隙现象已经争论几十年，分成两大主流猜想，一派认为电子只是被锁在静态电荷有序结构里，和超导配对无关；另一派认为伪能隙是库珀电子对提前形成的信号，只是还没有达成全局相位相干，没法形成超导电流。过去普通光谱手段很难直接区分这两种情况，而散粒噪声的特点是，单电子隧穿和电子对隧穿产生的噪声强度完全不一样，相当于给研究者一个可以 “听” 电荷载体是单个电子还是电子对的探测手段；团队前后花了四年时间打磨测量电路，在可控温度、强磁场环境下反复采集噪声数据，最终确认伪能隙对应的能量位置，刚好出现电子配对带来的额外噪声，一旦施加强磁场破坏配对，这种特殊噪声就消失。这套实验思路给高温超导研究提供了全新观测工具，后续研究者可以继续用电流噪声测量，去测试其他铜基超导体系，进一步搞清楚高温超导完整的演化链条，为未来室温超导材料设计积累实验依据。
两种主流假说对比
| 假说 | 核心观点 | 预测现象 | 本次实验结论 |
|---|---|---|---|
| 静态有序假说 | 电子冻结在电荷密度波等静态结构，伪能隙和库珀配对无关 | 不会出现配对特征的额外散粒噪声 | 被实验证伪 |
| 预配对假说 | 在超导转变温度之上，电子已经提前配对，只是缺少相位相干 | 伪能隙能量区间出现配对增强的散粒噪声 | 得到实验直接支撑 |
电流散粒噪声基础原理清单
- 散粒噪声：电荷一份一份隧穿流过器件，带来电流微小随机涨落，类比雨滴敲打屋顶的声响。
- 单电子隧穿：每一次只穿过一个电子，噪声水平对应单电荷特征。
- 库珀对隧穿：一次穿过两个绑定电子，电荷翻倍，对应的散粒噪声会明显抬升。
- 噪声判据：科研人员依靠噪声的 Fano 因子，判断隧穿载体是单电子还是电子对。
- 磁场调控：强磁场可以拆散库珀对，作为对照实验，用来确认噪声来源确实来自电子配对。
整套实验操作步骤
- 搭建经过降噪调校的扫描隧道显微镜测量系统，完成电路校准，降低背景干扰。
- 把 BSCCO 铜氧化物超导体样品放置在低温真空腔中，设定不同测试温度。
- 在样品伪能隙对应的能量窗口，持续采集隧穿电流以及配套的散粒噪声信号。
- 施加最高 6 特斯拉的强磁场，破坏可能存在的库珀对，再次采集噪声作为对照。
- 对比有无磁场、不同能量位置的噪声曲线，判断是否存在配对带来的噪声增强。
- 整理数据，区分静态有序信号和配对噪声，形成结论并提交论文。
研究带来的关键推论
- 在伪能隙区间，电子已经形成库珀对，只是没有全局相位同步，因此还不具备超导能力。
- 高温超导完整顺序：降温先出现预配对，继续降温到临界温度，电子对达成相位相干，材料进入超导态。
- 电流噪声可以作为一种独立探测手段，直接识别超导体系里电子对的存在。
- 后续想要提升超导转变温度，需要思考怎么让预配对的电子对更容易形成全局相位相干。
【常见问题】
问题 1：物理学家依靠电流噪声破解超导体之谜，这里用到的电流噪声具体是什么？
回答 1：物理学家依靠电流噪声破解超导体之谜，这里用到的是散粒噪声，也就是电荷逐个隧穿产生的微小电流随机波动，通过它的强弱变化，可以分辨流过的是单个电子还是绑定在一起的库珀电子对。
问题 2：物理学家利用电流噪声做实验，这次解开的超导体核心谜题是什么？
回答 2：物理学家利用电流噪声做实验，这次解开的是铜基高温超导体的伪能隙起源谜题，证明伪能隙来自提前形成的库珀对，而不是电子被锁死在静态有序结构。
问题 3：为什么电流散粒噪声能够区分普通电子和超导库珀对？
回答 3：电流散粒噪声和隧穿电荷大小相关，库珀对是两个电子绑定，等效电荷更大，隧穿时会产生更强的特征噪声，单电子隧穿的噪声强度更低，因此可以通过噪声信号区分两者。
问题 4：这次借助电流噪声的超导研究，对寻找更高温度超导体有什么价值？
回答 4：这次借助电流噪声的超导研究明确了高温超导的先后顺序，预配对发生在相位相干之前，研究者后续可以围绕提升电子对相位相干条件设计新材料，朝着更高转变温度甚至室温超导推进。
【参考资料】
[2026-11-10]（通过监听电流散粒噪声，物理学家破解高温超导之谜）煎蛋
[2026-11-08]（Physicists listened to electrical noise to crack a superconductor mystery）Technology Tangle
[2026-11-07]（Direct observation of preformed Cooper pairs in the pseudogap regime of BSCCO）Science
[2026-11-07]（新实验用散粒噪声窥探高温超导伪能隙）Science 中文导读
[2026-11-05]（Shot noise spectroscopy for unconventional superconductors）APS
【免责声明】
本文整理自《Science》论文与配套科普报道，物理学家借助电流噪声完成的实验只针对 BSCCO 铜氧化物体系，结论不能直接套用到所有超导材料；高温超导完整理论仍然没有完全建立，后续更多体系的噪声测量有可能带来新的修正，本文内容不代表超导领域最终定论。