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【研究进展】美国科学家揭示纳米材料失去超导性的微观过程与理论

12月16日 12:00 分享到:

美国犹他大学物理学家Andrey Rogachev及其合作者发现,由MoGe合金制成的超导纳米线在低温并处于递增磁场中时,会经历从超导到正常金属状态的量子相变。这项研究首次揭示了纳米材料失去超导性的微观过程,同时研究人员也通过理论解释了这一发现。
犹他大学研究人员演示了低温下对纳米线施加磁场会扭转其超导性,磁场会把名为库珀对的电子对分开,这些电子对会与其他的库珀对相互作用,并遭遇到系统中出现的来自于未成对电子的阻尼力。
合作方佛蒙特大学副教授Adrian Del Maestro通过理论充分解释了这一发现,在他提出的“断对”理论中,纳米尺寸导线使形成超导电子对的两个电子难以一起运动,加上外部磁场作用解开了电子对,因此电子无法形成超导状态。这是一种关于量子相变的完整理论解释。
验证Maestro的理论需要直径小于20~30nm的一维纳米线,研究团队制造了宽度小于10nm的MoGe合金纳米线,这也是整个研究的关键元素。
通过理论和实验的结合,研究团队解释了电导率和几何、磁场和临界温度之间的复杂关系,同时提出了量子临界理论,这与实验观测非常吻合。
相关研究工作发表在Nature Physics(文章标题:Pair-breaking quantumphase transition in superconducting nanowires)。
 (中科院武汉情报文献中心供稿)