據(jù)電子科技大學(xué)官方微信微博消息,11月14日國(guó)際著名期刊《Science》以“first release”形式刊發(fā)《超導(dǎo)-絕緣相變中的玻色金屬態(tài)》(Intermediate bosonic metallic state in the superconductor-insulator transition)。電子科技大學(xué)電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生楊超(導(dǎo)師李言榮院士)為第一作者,熊杰教授為通訊作者,張萬(wàn)里教授、李言榮院士為共同作者。這是該校首次以第一單位在《科學(xué)》正刊上發(fā)表研究成果,該發(fā)現(xiàn)是在該校國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室做出的原創(chuàng)成果,標(biāo)志著電子科技大學(xué)在高溫超導(dǎo)量子相變領(lǐng)域取得了重大研究進(jìn)展。
電子科技大學(xué)新浪微博消息截圖
電子科技大學(xué)微信截圖
量子材料以及量子相變是本世紀(jì)凝聚態(tài)物理與材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。自高溫超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)以來(lái),二維量子金屬態(tài)的存在及其形成機(jī)制是三十多年來(lái)國(guó)際學(xué)術(shù)界一直懸而未決的重要物理問題。電子科技大學(xué)張萬(wàn)里、熊杰研究團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)王健教授團(tuán)隊(duì)、林熙研究員課題組、北京師范大學(xué)劉海文研究員、清華大學(xué)姚宏教授、美國(guó)布朗大學(xué)James M. Valles Jr 教授、Jimmy Xu教授等合作首次在高溫超導(dǎo)納米多孔薄膜中完全證實(shí)了量子金屬態(tài)的存在。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)離子刻蝕的時(shí)間,在高溫超導(dǎo)釔鋇銅氧(YBCO)多孔薄膜中實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)—量子金屬—絕緣體相變。通過極低溫輸運(yùn)測(cè)試發(fā)現(xiàn),超導(dǎo)、金屬與絕緣這三個(gè)量子態(tài)都有與庫(kù)珀電子對(duì)相關(guān)的h/2e周期的超導(dǎo)量子磁導(dǎo)振蕩,證明量子金屬態(tài)是玻色金屬態(tài),揭示出庫(kù)珀對(duì)玻色子對(duì)于量子金屬態(tài)的形成起到了主導(dǎo)作用。
該工作得到了美國(guó)科學(xué)院院士、斯坦福大學(xué)Steven A. Kivelson教授的高度評(píng)價(jià),評(píng)論文章發(fā)表在凝聚態(tài)物理雜志俱樂部上。Steven教授指出:“對(duì)于量子金屬起源的探索將會(huì)改變我們對(duì)量子材料的認(rèn)識(shí),將極大推動(dòng)量子器件領(lǐng)域的發(fā)展”。這一發(fā)現(xiàn)為國(guó)際上爭(zhēng)論了三十多年的量子金屬態(tài)的存在提供了有力的證據(jù),并為研究量子金屬態(tài)提供了新思路。
圖A-C:納米多孔超導(dǎo)薄膜示意圖;圖D-E:電阻溫度輸運(yùn)曲線;圖F:量子磁導(dǎo)振蕩曲線
量子材料以及量子相變是本世紀(jì)凝聚態(tài)物理與材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。量子相變與傳統(tǒng)的熱力學(xué)相變不同,是在絕對(duì)零度下調(diào)節(jié)非熱力學(xué)參量(如磁場(chǎng)、摻雜、壓強(qiáng)、無(wú)序度等)而發(fā)生的相變,相變點(diǎn)附近量子漲落而非熱漲落起了重要作用。作為量子相變的經(jīng)典范例,二維超導(dǎo)-絕緣體相變以及超導(dǎo)-金屬相變研究獲得了2015年美國(guó)凝聚態(tài)物理最高獎(jiǎng)巴克利獎(jiǎng)。在二維超導(dǎo)的量子相變過程中,除超導(dǎo)態(tài)與絕緣態(tài)兩種基態(tài)外,是否存在量子金屬態(tài)一直是理論與實(shí)驗(yàn)上爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。根據(jù)安德森標(biāo)度理論,由于量子干涉效應(yīng)以及相位相干長(zhǎng)度在零溫下發(fā)散的特性,載流子在趨于絕對(duì)零度時(shí)會(huì)表現(xiàn)出局域化效應(yīng),因此理論上不存在二維量子金屬態(tài)。盡管實(shí)驗(yàn)上在各種二維超導(dǎo)體系發(fā)現(xiàn)了量子金屬態(tài)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(tài)的存在及其形成機(jī)制仍存在著巨大的爭(zhēng)議,是三十多年來(lái)國(guó)際學(xué)術(shù)界一直懸而未決的重要物理問題。
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