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西湖大学团队揭秘超导界面电子向列性演化新特征

2025-05-15 09:52:50 资讯 27观看

摘要近日，一项关于超导材料的研究在国际物理学界引起了广泛关注。西湖大学理学院的吴颉团队携手浙江大学谢燕武的研究组，在LaAlO₃/KTaO₃（111）（简称LAO/KTO）超导界面中，成功揭示了超导态及其邻近量子态中电子向列性的独特演化规

近日，一项关于超导材料的研究在国际物理学界引起了广泛关注。西湖大学理学院的吴颉团队携手浙江大学谢燕武的研究组，在LaAlO₃/KTaO₃（111）（简称LAO/KTO）超导界面中，成功揭示了超导态及其邻近量子态中电子向列性的独特演化规律。这一突破性成果已在顶级物理学期刊《Physical Review X》上发表。

在氧化物异质结界面超导体系中，通过精密地将两种特定的绝缘材料叠加，科学家们发现其界面区域竟能展现出超导特性。这一超导层的厚度仅为4纳米，相当于大约10层原子的堆叠。当温度降至某一临界点时，界面上的大量电子会两两结合，形成超导电流，自由流动。

为了深入探究这一超导现象，研究团队利用自主研发的高精度角分辨电阻测量技术，在接近超导转变温度时，首次清晰地观测到了界面电子行为的微妙变化。他们惊讶地发现，在进入超导态之前，LAO/KTO界面的电阻并非均匀下降，而是沿着某一特定方向率先显著降低。这一发现表明，超导态并非同时在整个界面上出现，而是具有方向选择性。

随着研究的深入，科学家们进一步发现，在温度继续降低的过程中，电子在某一方向上优先配对凝聚，呈现出一种类似“集体行动”的特征。这种方向选择性打破了原有的各向同性状态，形成了所谓的电子向列性。这一发现为理解超导现象提供了新的视角。

研究团队还在LAO/KTO的量子金属态中观测到了电子向列性的存在。他们通过施加垂直磁场来抑制超导态，发现尽管超导已被破坏，但界面电阻并未随温度降低而趋于零，而是稳定在一个有限值。这一现象被称为量子金属态，其形成机制至今仍是物理学界的一大谜团。然而，令人惊讶的是，在该状态下，电子向列性依然存在，仿佛是超导态留下的“烙印”。

这一研究成果不仅深化了人们对二维超导体系中电子行为的理解，还为探索新型量子态提供了宝贵的实验数据和理论支持。科学家们表示，这将有助于推动超导材料和量子计算等领域的发展，为未来的科技创新奠定坚实基础。

该研究的成功离不开研究团队的辛勤付出和精密的实验设计。他们利用先进的测量技术和深入的理论分析，成功揭示了超导态及其邻近量子态中电子向列性的演化特征，为物理学界贡献了一份宝贵的学术财富。

随着这一研究成果的发布，国际物理学界对LAO/KTO超导界面的研究兴趣将进一步增强。科学家们期待未来能够揭示更多关于超导现象和量子态的奥秘，为人类的科技进步贡献更多力量。

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