當金屬中的電子成對並無阻力地在材料中移動時就會發生超導現象。但故事可能比我們想象的要多，因為德國的科學家們現在發現，電子也可以組合成四人家庭以創造出一種新的物質狀態，另外還有可能創造出一種新的超導性。
導電性是衡量電子在一種材料中移動的容易程度。但即使在像黃金這樣的良好導體的材料中，電子仍會遇到一些阻力。不過超導體能夠消除所有這些障礙並在超低溫下提供零阻力。
電子之所以能夠如此容易地在超導體中移動，是因為它們通過一種被稱為庫珀配對的量子效應而配對。在這種情況下，它們提高了干擾電子所需的最小能量–如果材料足夠冷，它的原子就沒有足夠的熱能來干擾這些庫珀對，允許電子自由流動而不損失能量。
但在新研究中，來自德國德累斯頓大學和維爾茨堡大學的研究人員卻有着一個迷人的發現。他們在一種特殊類型的超導體中發現庫珀對本身正在配對並形成由四個電子組成的家庭。
“當我們發現突然有四個電子而不是兩個電子形成了一個鍵時，我們首先認為這是一個測量錯誤，”這項研究的首席研究員Henning Klauss說道，“但是我們用越多的方法來確認這個結果，就越清楚這必須是一個新的現象：所有的數據都跟同一個結果一致。現在我們知道，某些金屬中的四粒子電子家族在冷卻到超低溫度時創造了一種全新的物質狀態。”
這一發現則是在一種含有鋇、鉀、鐵和砷的超導金屬中發現的，該金屬屬於被稱為鐵磷族元素化物的一類。這種現象大概在十年前就已經在理論上被預測了，但直到現在還沒有出現實驗證據。研究人員隨後花了兩年時間，他們使用了七種不同的方法確認了這一發現。
這一團隊表示，這些電子族可能會開啟一個新的超導分支以及一系列利用它的先進設備。但在此之前，仍有大量的工作要做來解開它是如何工作的、它發生在哪些材料中以及它如何能夠被調用。
“人們可以假設，我們的結果將導致一個全新的研究方向，如尋找具有四個相連電子的其他金屬或探索需要如何改變材料來創造一個電子家族。從純理論的角度來看，用我們的電子族也可以實現一種全新的超導性。唯一可以肯定的是，由於其新的聚合狀態，鐵磷族元素化物非常適合用於量子傳感器等技術，”Klauss說道。