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物理学家为异国情调的超导状态产生新的证据

物理学家为异国情调的超导状态产生新的证据

发布时间:2018-05-16    浏览量:10

由布朗大学领导的一项新发表的研究揭示了当超导体暴露于强磁场时可能出现的异常超导状态的新证据。 /

普罗维登斯,罗德岛(布朗大学) - 超导体和磁场通常不会相处。但是,由布朗大学物理学家领导的研究小组为超导状态提供了新的证据,这是半个世纪前首次预测的,当超导体暴露于强磁场时确实会出现。

布朗大学物理学副教授Vesna Mitrovic表示:“花了50年的时间才证明这种现象确实发生了。” “我们已经确定了这种外来量子物质状态的微观性质。”

该研究发表在Nature Physics上。

超导性 - 无阻抗地传导电流的能力 - 取决于被称为Cooper对的电子二聚体的形成(命名为布朗大学物理学家Leon Cooper,他分享了诺贝尔奖以识别该现象)。在一个普通的导体中,电子在材料结构周围嘎嘎作响,这产生了阻力。但Cooper对以一种让他们免于ra,不安的方式进行演唱,使他们能够毫无抵抗地前往旅行。

磁场是Cooper对的敌人。为了形成一对,电子必须是物理学家称之为自旋的物质中的对立物。通常,超导材料在每次旋转时具有大致相同数量的电子,所以几乎所有电子都有跳舞伴侣。但强磁场可以使“旋转”电子翻转成“旋转”,从而使材料中的自旋总体不平等。

Mitrovic说:“问题是当我们有一个自旋比另一个旋转更多的电子时会发生什么,”Mitrovic说。 “没有配对的人会发生什么?我们能否以这种方式真正形成超导状态?那个状态会是什么样子?“

物理学家在1964年预言超导可能在磁场中确实存在于某种材料中。预测是,未配对的电子将聚集在跨越超导材料的不连续带或条带中。这些乐队将正常进行,而其他材料将超导。这种调制超导状态被称为FFLO阶段,以理论家Peter Fulde,Richard Ferrell,Anatoly Larkin和Yuri Ovchinniko的名字命名,他预测了它的存在。

为了研究这种现象,Mitrovic和她的团队使用了一个引人入胜的有机超导体κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2。该材料由堆叠在彼此顶部的超薄片材组成,并且正是预测呈现FFLO状态的材料。

在对该材料施加强磁场之后,Mitrovic及其法国国家高磁场实验室的合作者在格勒诺布尔利用核磁共振(NMR)探测其性质。

他们发现的是整个材料中不成对的旋转电子聚集的区域。这些“极化的”电子的行为,“像一个盒子里的小粒子一样,”米特罗维奇说,他们形成了所谓的安德列夫束缚态。

Mitrovic说:“这些约束状态的显着特点是它们能够使超导电流通过非超导区域。 “因此,在这种特殊的超导状态下,电流可以在整个材料中无阻地传播。”

实验主义者多年来一直试图提供FFLO状态存在的可靠证据,但没有多大用处。米特罗维奇和她的同事们采取了一些违反直觉的措施来得出他们的发现。具体来说,他们在比量子实验预期的温度高得多的温度下探测它们的材料。

“通常要观察你希望尽可能冷的量子态,以限制热运动,”米特罗维奇说。 “但通过提高温度,我们增加了NMR探针的能量窗口,以检测我们所寻找的状态。这是一个突破。“

根据Mitrovic的说法,这种对电子自旋变得不平衡的情况的新理解可能会超越超导性。

它可能有助于天体物理学家理解脉冲星 - 密集包装的中子星被认为具有超导性和强磁场。它也可能与自旋电子学领域相关,即基于电子自旋而非电荷运行的器件,由分层铁磁超导结构制成。

“这实际上超出了超导的问题,”米特罗维奇说。 “这对于解释宇宙中的许多其他事物具有影响,例如致密夸克的行为,构成原子核的粒子。”

这项研究得到了法国ANR(授予:06-BLAN-0111),Euro-MagNET II网络(欧盟合同号228043)和格勒诺布尔约瑟夫傅立叶大学客座教授计划的支持。

出版物:H.Mayaffre等人,“Andreev束缚态的证据作为κ-κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2中FFLO相的标志”,Nature Physics(2014) ); DOI:10.1038 / nphys3121

资料来源:布朗大学

图片:布朗大学

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