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我科學家首次證實量子相變中量子金屬態存在

來源:科技日報 2019-11-15 18:57:51

記者15日從電子科技大學獲悉,該校牽頭與北京大學、北京師范大學、清華大學、美國布朗大學等相關專家組成的研究團隊,在國際上首次完全證實高溫超導納米多孔薄膜中量子金屬態的存在,為研究量子金屬態提供了新思路。該成果相關論文《超導-絕緣相變中的玻色金屬態》已在國際著名期刊《科學》上以“first release(首次發布)”形式刊發。

圖A-C:納米多孔超導薄膜示意圖;圖D-E:電阻溫度輸運曲線;圖F:量子磁導振蕩曲線(電子科技大學供圖)

量子材料以及量子相變是本世紀凝聚態物理與材料領域的研究熱點。自高溫超導發現以來,二維量子金屬態的存在及其形成機制,是30余年來國際學術界一直懸而未決的重要物理問題。根據安德森標度理論,由于量子干涉效應以及相位相干長度在零溫下發散的特性,載流子在趨于絕對零度時會表現出局域化效應,因此理論上不存在二維量子金屬態;而盡管實驗上在各種二維超導體系發現了量子金屬態的可能跡象,但受低臨界溫度的制約以及外界高頻噪聲的影響,二維量子金屬態是否存在仍存在著巨大爭議。

作為該校電子薄膜與集成器件國家重點實驗室的原創成果,在電子科技大學為第一單位、楊超為第一作者的研究論文中提出,通過調節反應離子刻蝕的時間,在高溫超導釔鋇銅氧(YBCO)多孔薄膜中實現了超導—量子金屬—絕緣體相變;通過極低溫輸運測試發現,超導、金屬與絕緣這三個量子態都有與庫珀電子對相關的h/2e周期的超導量子磁導振蕩,證明量子金屬態是玻色金屬態,揭示出庫珀對玻色子對于量子金屬態的形成起到了主導作用。未來,這一對于量子金屬起源的探索成果,將會改變國際學界對量子材料的認識,推動量子器件領域的發展。

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