联系人:约瑟夫Checkelsky
麻省，波士顿——麻省理工学院的MagLab用户和他们的同事在一年前合成的一种新材料中展示了一种奇异的超导形式。虽然预测在60年代，到目前为止，这种类型的超导已被证明难以稳定。此外，科学家们发现，同样的材料可以被操纵来表现出另一种同样奇异的超导形式。
这项研究发表在2021年11月3日的《生物科学》杂志上自然．
在一种被称为天然超晶格的层状晶体中展示有限动量超导意味着可以在同一样品中调整材料以产生不同的超导模式。而这反过来可能会对量子计算等产生影响。
这种材料也有望成为探索非常规超导体秘密的重要工具。这可能对新的量子技术有用。设计这样的技术是具有挑战性的，部分原因是它们的组成材料可能很难研究。这种新材料可以简化这类研究，因为它相对容易制造。
“我们研究的一个重要主题是新物理来自新材料，”这项工作的首席研究员、三井职业发展物理学副教授约瑟夫·切克尔斯基(Joseph Checkelsky)说。“我们去年的初步报告就是关于这种新材料的。这项新工作报告了新的物理学。”
切克尔斯基目前论文的合著者包括第一作者、麻省理工学院2021年博士阿拉温德·德瓦拉康达，他现在哥伦比亚大学。这项工作是Devarakonda论文的核心部分。合著者包括麻省理工学院(MIT)研究科学家铃木武仁(Takehito Suzuki)，他目前在日本东宝大学(Toho University)工作;罗格斯大学的方祥现在在麻省理工学院;麻省理工学院研究生Junbo Zhu;国家强磁场实验室的大卫·格拉爱游戏体育是什么夫;爱游戏提现客服日本理化学研究所新兴物质科学中心的Markus Kriener;麻省理工学院物理学副教授付亮;哈佛大学的Efthimios Kaxiras。
新量子材料
经典物理学可以用来解释我们这个世界的任何现象，直到事物变得非常小。像电子和夸克这样的亚原子粒子的行为不同，其方式仍然没有完全理解。进入量子力学，这个领域试图解释它们的行为和产生的影响。
切克尔斯基和同事们发现了一种新的量子材料，或者说是一种在宏观尺度上体现了量子力学奇异特性的材料。在这种情况下，所讨论的材料是超导体。
切克尔斯基解释说，最近出现了一股实现特殊超导体的热潮，这种超导体是二维的，或者只有几个原子层厚。这些新型超薄超导体之所以引起人们的兴趣，部分原因在于它们有望深入研究超导性本身。
但也存在挑战。首先，只有几个原子层厚的材料本身就很难研究，因为它们非常脆弱。有没有别的方法可以探知他们的秘密?
切克尔斯基及其同事制造的新材料可以被认为是超导的a夹心蛋糕其中一层是超导材料的超薄薄膜，而下一层是保护它的超薄间隔层。将这些层叠加在另一层上就会形成一个大晶体(这是由硫、铌和钡的组成元素一起加热时自然发生的)。“这种宏观晶体，我可以拿在手里，表现得像一个2D超导体。这非常令人惊讶，”切克尔斯基说。
科学家们用来研究二维超导体的许多探针在原子薄的材料上都具有挑战性。因为这种新材料非常大，“我们现在有更多的工具[来表征它]，”切克尔斯基说。事实上，在当前论文中报道的工作中，科学家们使用了一种需要大量样本的技术。
异国情调的超导体
超导体以一种特殊的方式携带电荷。电荷不是通过一个电子携带的，而是由两个结合在一起的电子携带的，这就是所谓的库珀对。然而，并非所有的超导体都是一样的。一些不寻常的超导形式只有当库珀对可以在相对较长的距离内畅通无阻地穿过材料时才会出现。距离越远，材料越“干净”。
切克尔斯基团队的材料非常干净。因此，物理学家们很兴奋地想看看它是否会表现出一种不寻常的超导状态，事实也确实如此。远程测量是在一个18特斯拉磁体系统美国国家科学基金会资助的国家强磁场实爱游戏提现客服验室，当时由于COVID预防措施，实验室的进出受到限制。高磁场和可靠的低温(低至0.020K)帮助研究小组确认，他们的新材料在施加磁场时是有限动量超导体。这种特殊的超导现象在20世纪60年代被提出，一直吸引着科学家们。
虽然超导性通常会被适度的磁场破坏，但有限动量超导体可以通过形成具有大量库珀对的区域和没有库珀对的区域的规则模式来进一步持续存在。事实证明，当库珀对在量子力学轨道(即朗道能级)之间移动时，这种超导体可以被操纵形成各种不同寻常的模式。切克尔斯基说，这意味着科学家们现在应该能够在同一种材料中创造出不同的超导模式。
“这是一个惊人的实验，能够证明库珀对在超导体的朗道能级之间移动，这是以前从未观察到的。坦白地说，我从没想过会在一个你可以拿在手里的晶体上看到这个，所以这非常令人兴奋。为了观察这种难以捉摸的效应，作者必须对他们之前发现的独特的二维超导体进行艰苦的高精度测量。这是一项了不起的成就，不仅在技术难度上，而且在其聪明程度上，”康奈尔大学物理学教授凯尔·沈(Kyle Shen)说。沈没有参与这项研究。
此外，物理学家们意识到他们的材料也有另一种奇异的超导成分。拓扑超导涉及电荷沿边缘或边界的运动。在这种情况下，电荷可以沿着每个内部超导模式的边缘移动。
切克尔斯基团队目前正在研究他们的材料是否真的具有拓扑超导性。如果是这样，“我们能把两种新型超导结合起来吗?”那会带来什么呢?”Checkelsky说。
他总结道:“实现这种新材料非常有趣。”“当我们深入研究它能做什么的时候，有很多惊喜。当我们没有预料到的新事物出现时，真的很令人兴奋。”
这项工作得到了戈登和贝蒂·摩尔基金会、海军研究办公室、美国能源部(DOE)科学办公室、国家科学基金会(NSF)和罗格斯材料理论中心的支持。爱游戏提现客服
计算在哈佛大学进行。其他部分的工作是在国家强磁场实验室完成的，该实验室得到了美国国家科学基金会、佛罗里达爱游戏体爱游戏提现客服育是什么州和能源部的支持。
伊丽莎白·a·汤普森的故事，由麻省理工学院材料研究实验室提供
