超導體是沒有任何電阻的材料，通常要達到目標特性需要極低的溫度。它們被用於廣泛的領域，從醫療應用到量子計算機中的核心作用。超導性是由被稱為庫珀對的特別鏈接的電子對引起的。到目前為止，庫珀對的出現是通過宏觀方式間接測量的，但阿爾託大學和美國橡樹嶺國家實驗室的研究人員開發的一項新技術可以以原子級的精度檢測它們的出現。
實驗是由橡樹嶺國家實驗室的Wonhee Ko和Petro Maksymovych在阿爾託大學的Jose Lado教授的理論支持下進行的。電子可以通過量子隧道跨越能量障礙，以一種無法用經典物理學解釋的方式從一個系統跳到另一個系統的空間。例如，如果一個電子與另一個電子在金屬和超導體的交界處配對，它可以形成一個進入超導體的庫珀對，同時也將另一種粒子”踢回”金屬，這個過程被稱為安德烈夫反射。研究人員通過尋找這些安德烈夫反射來檢測庫珀對。
為了做到這一點，他們測量了一個原子般鋒利的金屬尖端和一個超導體之間的電流，以及電流如何取決於尖端和超導體之間的間隔。這使他們能夠檢測到返回超導體的安德烈夫反射量，同時保持與單個原子相當的成像分辨率。實驗的結果與拉多的理論模型完全一致。
這種在原子尺度上對庫珀對的實驗檢測為理解量子材料提供了一種全新的方法。研究人員首次能夠獨特地確定庫珀對的波函數在原子尺度上是如何重建的，以及它們與原子尺度的雜質和其他障礙物是如何相互作用的。
這項技術為了解被稱為非常規超導體的外來類型的內部量子結構建立了一種關鍵的新方法，有可能讓我們解決量子材料中的各種公開問題。非常規超導體是量子計算機的一個潛在的基本構件，可以提供一個在室溫下實現超導的平台。庫珀對在非常規超導體中具有獨特的內部結構，到目前為止，理解這些結構是非常困難的。
這一發現使研究人員能夠直接探測非常規超導體中庫珀對的狀態，為整個量子材料家族建立了一種關鍵的新技術。它代表着科學界對量子材料的理解向前邁進了一大步，並有助於推動開發量子技術的工作。