ในที่สุดนักฟิสิกส์ก็จับคลื่นของตัวนำยิ่งยวดได้ หลักฐานโดยตรงแรกของเฟสของสสารที่เรียกว่าคลื่นความหนาแน่นคู่ช่วยเผยให้เห็นฟิสิกส์ที่รองรับตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงลึกลับซึ่งนำไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทานที่อุณหภูมิสูงอย่างน่าประหลาดใจ ตรวจพบคลื่นโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อุโมงค์แบบสแกนนักวิจัยรายงาน 1 เมษายนใน Nature

 ขอขอบคุณบทความคุณภาพจาก ดูหนังออนไลน์ 

นักฟิสิกส์สงสัยว่ามีคลื่นความหนาแน่นคู่อยู่ในวัสดุเหล่านี้และการทดลองก่อนหน้านี้ได้บอกใบ้ถึงการมีอยู่ของพวกมัน แต่หากไม่มีการพิสูจน์โดยตรงนักวิทยาศาสตร์ก็ไม่สามารถพัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับวัสดุได้ “ การสืบสวนและพิสูจน์ [ว่า] ระยะนี้ไม่เพียง แต่อาจมีอยู่จริง แต่ยังมีอยู่จริงเป็นสิ่งสำคัญมาก” อึนอาคิมนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานนี้กล่าว ตัวนำยวดยิ่งที่มีอุณหภูมิสูงสร้างความประทับใจให้กับนักฟิสิกส์เมื่อวัสดุเข้ามาในฉากในช่วงทศวรรษที่ 1980 รู้จักกันในชื่อ cuprates เนื่องจากมีทองแดงวัสดุจึงนำไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทานที่อุณหภูมิสูงกว่าตัวนำยิ่งยวดอื่น ๆ มากบางชนิดประมาณ 100 เคลวิน (ประมาณ –173 องศาเซลเซียส) หรือสูงกว่า แม้ว่าจะยังคงเย็นอยู่ แต่อุณหภูมิดังกล่าวจะบรรลุได้ง่ายกว่าอุณหภูมิเกือบศูนย์สัมบูรณ์ที่จำเป็นสำหรับตัวนำยิ่งยวดหลายชนิด การค้นพบวัสดุทำให้เกิดความหวังสูงว่าจะพบตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องในไม่ช้าซึ่งอาจนำไปสู่เทคโนโลยีใหม่ ๆ เช่นกริดไฟฟ้าที่ประหยัดพลังงานมากขึ้นอย่างมากรถไฟลอยตัวแม่เหล็กและซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลัง แต่หลายทศวรรษต่อมาตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิห้องยังไม่ปรากฏในที่เกิดเหตุ ยิ่งไปกว่านั้นนักวิทยาศาสตร์ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับฟิสิกส์ที่ทำให้วัสดุเหล่านี้มีความพิเศษ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง“ เราต้องการทำความเข้าใจกลไกของกล้องจุลทรรศน์ว่าตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นในวัสดุเหล่านั้นได้อย่างไร” คาซูฮิโระฟูจิตะนักฟิสิกส์จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติบรูกเฮเวนในอัพตันรัฐนิวยอร์กกล่าว ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังเข้าใกล้โซลูชันมากขึ้น ในตัวนำยิ่งยวดอิเล็กตรอนจะจับคู่กันเป็นคู่ที่เรียกว่าคู่คูเปอร์ซึ่งเป็นหุ้นส่วนที่ช่วยให้พวกมันไหลผ่านวัสดุได้อย่างราบรื่นโดยไม่มีความต้านทาน  ในวัสดุเหล่านี้นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นช่องว่างในพลังงานของอิเล็กตรอนแทนที่จะเป็นสเปกตรัมต่อเนื่อง นักฟิสิกส์คาดการณ์ว่าในตัวนำยวดยิ่งที่มีอุณหภูมิสูงช่องว่างในพลังงานของอิเล็กตรอนจะแปรผันเป็นระยะ ๆ บนพื้นผิวของวัสดุในรูปคลื่นที่แปลกประหลาด ผลกระทบนั้นอาจเชื่อมโยงกับสถานะผิดปกติอื่นที่มีอยู่ในวัสดุเดียวกันที่อุณหภูมิสูงขึ้นเรียกว่าเฟส pseudogap รัฐนั้นอาศัยอยู่ในนรกที่แปลกประหลาด: มันไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวดหรือฉนวนและนำไฟฟ้า แต่ไม่ใช่ทั้งหมดที่ดี ฟูจิตะและเพื่อนร่วมงานตรวจพบคลื่นดังกล่าวโดยการมองข้ามพื้นผิวของสารประกอบตัวนำยวดยิ่งซึ่งเป็นคอปเปอร์ออกไซด์ที่ใช้บิสมัทด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์การสแกน กล้องจุลทรรศน์มีปลายที่บางมากซึ่งตรวจจับอิเล็กตรอนที่ผ่านช่องว่างระหว่างตัวนำยิ่งยวดและปลายผ่านกระบวนการควอนตัมที่เรียกว่าอุโมงค์ ในกรณีนี้นักวิจัยได้ติดตัวนำยิ่งยวดชิ้นเล็ก ๆ ไว้ที่ปลายของกล้องจุลทรรศน์เพื่อค้นหาอิเล็กตรอนที่ขุดอุโมงค์จากตัวนำยิ่งยวดไปยังอีกเล็กน้อย ทีมงานรายงานว่าช่องว่างของพลังงานมีการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ ๆ ทั่วพื้นผิวของวัสดุในรูปคลื่นตามที่คาดการณ์ไว้ "นี่เป็นการวัดโดยตรงขององค์ประกอบคลื่นความหนาแน่นคู่" Eduardo Fradkin นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign กล่าว "เป็นการทดลองที่น่าตื่นเต้นจริงๆ" เฟส pseudogap นั้นอาจมีความสำคัญในการค้นหาเพื่อเพิ่มช่วงอุณหภูมิของตัวนำยวดยิ่งที่มีอุณหภูมิสูง ผลลัพธ์ใหม่นี้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจระยะนั้นได้ดีขึ้นโดยการให้แสงสว่างว่าวัสดุเหล่านี้ทำงานอย่างไรเมื่ออุ่นเครื่อง