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发现量子相变与超导共存,超导相保护量子临界行为不受无序影响

乐鱼体育APP下载 动态 2021-04-24 05:36

【手机软件:博科园】艾姆斯实验室的物理学家,成功地在一个重要但难以到达的区域对铁基超导体进行了测量,在这个区域,临界量子涨落主导着物理过程。使用一种新的传感技术,研究人员准确地绘制了超导状态深处的量子相变,即一种理论上与超导紧密耦合的现象。这种创新的实验装置,被称为氮空位(NV)磁镜,具有高灵敏度,实际上是非侵入性的,比以前用于探索超导材料中类似物理的实验装置更精确。

这在超导体科学中真是一个令人着迷的结果:清楚地了解了量子相变是如何与超导共存。艾姆斯实验室的物理学家普罗佐罗夫说:似乎超导相保护了量子临界行为不受无序影响,这是相当了不起的!随着继续研究具有这种新能力的其他材料,这将有助于回答有关非常规超导起源的重要理论问题。研究小组使用NV探测器精确测量了伦敦穿透深度,即磁场从超导体表面穿透到超导体的深度,其研究发表在《新物理学》 期刊上。

这个深度与有效电子质量直接相关,有效电子质量是受量子涨落影响的量,它标志着量子相变的存在。通过系统地测量由保罗·坎菲尔德的研究小组,在艾姆斯实验室生长铁肽化合物Ba(Fe,Co)2As2的不同成分,研究团队可以绘制出当温度接近绝对零度时,通常隐藏在超导“穹顶”下量子相变的存在。普罗佐罗夫带领一组科学家在艾姆斯实验室的低温实验室里,研究超导体耐人寻味的行为,并试图解开各种量子现象如何影响它们的性能。

研究人员专门开发独特的超高精度和超灵敏度实验技术来测量这些行为的光学、磁学和电学特征。NV探测器是由艾姆斯实验室科学家Naufer Nusran和研究生Kamal Joshi从头开始建造的,这是一种光学磁强计,利用了钻石中一种特殊原子缺陷的量子态,称为氮空位(NV)中心。Nusran还设计了一种新颖的方法,利用NV中心来测量导致伦敦渗透深度的较低临界场,伦敦穿透深度是描述超导体的最基本参数之一。

基本上可以告诉我们超导体的稳定程度,NV传感代表着实验超导方面的一个重大进步。普罗佐罗夫实验室是一个国际研究合作的一部分,该合作发现了第一个明确的证据,表明量子临界点(QCP)在超导状态深处存活了下来。目前的研究表明,使用新的方法,检查具有大量无序的超导系统。综上所述,这些研究证明量子相变和临界涨落不仅与超导电性共存,甚至可能受到超导电性的保护,不受无序效应的影响。

这一结果是解开铁基超导之谜的又一重要线索,然而,要全面探索非常规超导体的科学,还有很多工作要做。为此,必须开发更新、更复杂的量子传感方法。新的量子传感方法可以探测纳米级的量子涨落,这将使人们能够更深入地研究高温超导体中竞争和共存的量子相以及许多其他材料科学问题。这些新颖的能力,最终将揭示超导体和其他量子材料在技术应用中的极限条件和可行性。

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