超导体NbSe2的特殊基态相

时间:2020-06-04 05:40 作者:admin 分享到:

施加足够大的磁场会导致材料中超导状态的破坏,即使在极低的温度下,也会直接将它们变成绝缘体 - 或者传统上认为是这样。现在,东京工业大学(东京工业大学),东京大学和东北大学的科学家报告了这些超导体的奇怪的多态转变:从超导体到特殊金属再到绝缘体。

超导体的特征在于它们的零电阻或者它们完全排出外部磁场的能力,对于例如用于磁体的超导线圈的基础物理学和应用具有迷人的前景。通过考虑系统电子之间的高度有序关系来理解这种现象; 由于整个系统的相干性,电子形成有界对并且没有碰撞地流动,作为集体,导致完美的导电状态而没有能量耗散。然而,在引入磁场时,电子不再能够保持它们的相干关系并且失去超导性。对于给定的温度,材料保持超导的最高磁场被称为临界场。

通常这些关键点由相变标记。如果变化是突然的,就像冰融化一样,那就是一阶过渡。如果通过在整个系统上延伸的变化驱动波动的增长以渐进和连续的方式进行转换,则称为二阶转换。研究超导体在受到临界场影响时的过渡路径,可以深入了解所涉及的量子过程,并使我们能够设计出更智能的超导体(SC),以应用于先进技术。

有趣的是,二维超导体(2DSC)是研究这种类型的相变的理想候选者,并且一种这样的新型候选物是NbSe2的单单元层。因为超导体的较小尺寸(厚度)意味着电子形成超导对的可能的伙伴数量较少,所以最小的扰动可以设定相变。此外,从小规模电子应用的角度来看,2DSC是相关的。

在这种材料中,将施加的磁场提高到临界值会导致模糊状态,其中磁场穿透材料,但电阻仍然是最小的。只有在进一步增加磁场时才会破坏超导性。该材料是普通的绝缘体。这被称为超导体到绝缘体的相变。因为在非常低的温度下观察到这种现象,所以系统中的量子波动变得与传统的热波动相当或甚至更大。因此,这被称为量子相变。

为了理解相变的路径以及NbSe2超薄超导体中临界场强之间存在的模糊或混合状态,一组研究人员测量了材料的磁阻,或者当受到外部时SC的电阻率响应磁场。简而言之,Ichinokura教授领导总结说:使用四点探针,我们估算了单层NbSe2中各自量子相界的临界磁场。 他们发现,当一个小磁场施加到SC时,电子的相干流被破坏,但电子对仍然存在。这是由于涡流的运动; 移动的漩涡产生有限的阻力。这种最小阻力的起源被解释为进入特殊金属状态的物质,称为Bose金属(BM),其在进一步增加磁场时变为绝缘状态。该团队还发现,临界温度附近的正常状态和SC状态之间的转换是由量子波动驱动的,同时也反映了类似的多转换路径。Ichinokura教授对结果感到兴奋,他说:基于Bose金属模型的比例分析解释了两步转变,表明存在一个玻色子基态。

由于最薄的原子级厚度样本,该研究支持了超导体中多相跃迁的理论主张,并进一步推动了研究的边界。这次是调查波动涡旋的过渡路径; 在哪里窥视漩涡会把我们从这里带走?只有科学才能说明!

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