结果是电子寻找可以跳跃的情况。例如，当它的邻居指向上方时，一个电子更喜欢指向下方，因为这种区别允许两个电子在相同的原子之间跳跃。通过这种方式，超交换在某些材料中建立了规律的上下上下电子自旋模式。它还推动电子保持一定距离。（太远了，他们不能跳。）安德森认为正是这种有效的吸引力可以形成强大的库珀对。
实验家长期以来一直在努力测试像安德森这样的理论，因为他们可以测量的材料特性，如反射率或电阻，只提供了数万亿电子而不是电子对的集体行为的粗略总结。
戴维斯说：“凝聚态物理的任何传统技术都没有被设计用来解决这样的问题。”
超级实验
戴维斯是一名爱尔兰物理学家，在牛津、康奈尔大学、科克大学和德累斯顿国际马克斯普朗克量子材料化学与物理研究所设有实验室，他逐渐开发出在原子水平上检查铜酸盐的工具。早期的实验通过冷却材料直到达到超导开始的临界温度来测量材料的超导强度——温度越高表明胶水越强。但在过去的十年里，戴维斯的团队已经改进了一种方法来刺激单个原子周围的胶水。
他们修改了一种称为扫描隧道显微镜的成熟技术，该技术将一根针拖过一个表面，测量在两者之间跳跃的电子电流。通过将针的正常金属尖端换成超导尖端并将其扫过铜酸盐，他们测量了电子对而不是个体的电流。这让他们能够绘制出围绕每个原子的库珀对的密度——这是一种直接测量超导性的方法。他们于 2016 年在《自然》杂志上发表了第一张库珀对的图像。
同年，中国物理学家的一项实验提供了支持安德森超交换理论的重要证据：他们表明，电子越容易在给定铜酸盐中的铜和氧原子之间跳跃，铜酸盐的临界温度就越高（因此它的胶水越强)。戴维斯和他的同事试图将这两种方法结合在一个单一的铜酸盐晶体中，以更明确地揭示胶水的性质。
他说，“结合”时刻出现在 2020 年关于 Zoom 的一次小组会议上。研究人员意识到，一种名为铋锶钙铜氧化物（BSCCO，或简称“bisko”）的铜酸盐具有使他们梦想中的实验成为可能的特殊特性。在 BSCCO 中，铜和氧原子层被周围的原子片挤压成波浪状。这会改变某些原子之间的距离，进而影响跳跃所需的能量。这种变化让理论家们头疼，他们喜欢整洁的格子，但它给了实验家们所需要的东西：一个样本中的一系列跳跃能量。
他们使用带有金属尖端的传统扫描显微镜将电子粘在一些原子上并从其他原子中取出它们，从而绘制出铜酸盐上的跳跃能量。然后他们交换了一个铜酸盐尖端来测量每个原子周围库珀对的密度。
对自然波浪状BSCCO晶体的逐个原子扫描指出了铜酸盐中超导性的起源。
两张地图排成一列。在电子难以跳跃的地方，超导性很弱。在跳跃容易的地方，超导性很强。跳跃能量和库珀对密度之间的关系与 Tremblay 及其同事从 2021 年开始的复杂数值预测非常吻合，他们认为这种关系应该遵循安德森的理论。
Superexchange 强力胶
戴维斯本月发表在《美国国家科学院院刊》上的关于跳跃能量与超导强度相关的发现强烈暗示超交换是能够实现高温超导的超级粘合剂。
普林斯顿大学的物理学家阿里·亚兹达尼说：“这是一项很好的工作，因为它带来了一种新技术，进一步证明了这个想法是有道理的。”他开发了类似的技术来研究铜酸盐和其他与戴维斯平行的奇异超导实例。 ' 团体。
但 Yazdani 和其他研究人员警告说，由于某些其他原因，胶水强度和跳跃的难易度仍有可能同步变化，而且该领域正陷入经典的相关等于因果陷阱。对于 Yazdani 来说，证明因果关系的真正方法将是利用超级交换来设计一些华丽的新超导体。
“如果它完成了，让我们增加T c，”他说，指的是临界温度。
超级交换并不是一个新想法，因此许多研究人员已经考虑过如何强化它，也许是通过进一步挤压铜和氧晶格或尝试其他元素对。“已经有预测了，”Tremblay 说。
