导读 在一项开创性的实验中，格罗宁根大学的科学家与荷兰奈梅亨大学和特温特大学以及哈尔滨工业大学(中国)的同事一起发现了 2017 年首次预测的...

在一项开创性的实验中，格罗宁根大学的科学家与荷兰奈梅亨大学和特温特大学以及哈尔滨工业大学(中国)的同事一起发现了 2017 年首次预测的超导状态的存在。他们于 5 月 24 日在《自然》杂志上提供了 FFLO 超导态特殊变体的证据。这一发现可能具有重要的应用，特别是在超导电子领域。

(资料图)

该论文的第一作者是 Justin Ye 教授，他是格罗宁根大学复杂材料器件物理组的负责人。叶和他的团队一直在研究伊辛超导态。这是一种特殊的状态，可以抵抗通常会破坏超导性的磁场，团队在 2015 年对此进行了描述。2019 年，他们创造了一种包含双层二硫化钼的装置，该装置可以耦合位于两层中的伊辛超导态。有趣的是，叶和他的团队创造的设备可以使用电场打开或关闭这种保护，从而产生超导晶体管。

难以捉摸

耦合的伊辛超导体装置揭示了超导领域的长期挑战。1964年，四位科学家(Fulde、Ferrell、Larkin和Ovchinnikov)预测了一种在低温强磁场条件下可能存在的特殊超导态，简称FFLO态。在标准超导性中，电子以与库珀对相反的方向行进。由于它们以相同的速度行进，因此这些电子的总动量为零。然而，在 FFLO 状态下，库珀对中的电子之间存在很小的速度差异，这意味着存在净动量。

“这种状态非常难以捉摸，只有少数文章声称它存在于普通超导体中，”叶说。“然而，这些都不是决定性的。” 要在传统超导体中创建 FFLO 状态，需要强磁场。但磁场所起的作用需要仔细调整。简单的说，磁场要起到两个作用，就要用到塞曼效应。这根据电子的自旋方向(磁矩)将库珀对中的电子分开，而不是根据轨道效应——通常会破坏超导性的另一个作用。“这是超导性和外部磁场之间的微妙谈判，”叶解释道。

指纹

Ye 和他的合作者于 2015 年在《科学》杂志上介绍并发表的伊辛超导抑制了塞曼效应。“通过过滤掉使传统 FFLO 成为可能的关键成分，我们为磁场提供了充足的空间来发挥其其他作用，即轨道效应，”叶说。

“我们在论文中展示的是伊辛超导体中轨道效应驱动的 FFLO 状态的清晰指纹，”叶解释说。“这是一种非常规的 FFLO 状态，2017 年首次在理论上进行了描述。” 传统超导体中的 FFLO 状态需要极低的温度和非常强的磁场，这使得它很难制造。然而，在叶的伊辛超导体中，这种状态是在较弱的磁场和较高的温度下达到的。

晶体管

事实上，叶在 2019 年首次在他的二硫化钼超导装置中观察到 FFLO 状态的迹象。“当时，我们无法证明这一点，因为样品不够好，”叶说。然而，他的博士生万普华已经成功地生产出满足所有要求的材料样品，以证明库珀对中确实存在有限动量。“实际实验花了半年时间，但对结果的分析又增加了一年，”叶说。Wan 是Nature论文的第一作者。

这种新的超导状态需要进一步研究。叶："有很多东西要学。例如，动量如何影响物理参数?研究这种状态将为超导提供新的见解。这可能使我们能够控制晶体管等设备中的这种状态。这是我们的下一个挑战。

标签：