科技日報訊 （記者常麗君）真正的二維物質(zhì)具有量子效應和其它奇特現(xiàn)象,，如一個原子厚的碳原子層石墨烯,，具有獨特的力學、電學和光學屬性,。還有一種二維電子氣（2DEG）,，是平面電子集合，位于特殊半導體（如砷化鎵）間的接口,，具有量子霍爾效應,、自旋霍爾效應等現(xiàn)象。 據(jù)物理學家組織網(wǎng)9月10日（北京時間）報道,，對平面電子集合二維物質(zhì)的研究還相對較新,，準確地說，這種電子集合是一種二維液體,，一般在過渡金屬氧化物（TMO）材料表面,，電子密度很高,，產(chǎn)生的相互作用比內(nèi)部更強,。而且其用途廣泛，具有絕緣,、導電,、半導、超導甚至鐵磁的性質(zhì),?？茖W家希望在這種高密度、高相互作用的電子環(huán)境下能產(chǎn)生某些特異現(xiàn)象,。 最近,，美國馬里蘭大學物理學副教授、聯(lián)合量子研究所（JQI）成員詹姆斯·威廉姆在研究一種叫做鈦酸鍶（STO）的TMO材料的性質(zhì)時,，發(fā)現(xiàn)它同時具有超導和鐵磁性,，改變其電子密度就能從一種性質(zhì)轉(zhuǎn)化為另一種。相關(guān)論文發(fā)表在近日出版的《自然·物理學》雜志上,。 在最新實驗中,，研究人員想看看超導電流在超導STO薄片之間的狹窄通道是怎樣流動的。這種通道非常微小,，跟人們認為的電子波大小差不多,，由此可能出現(xiàn)量子效應。改變門電壓,，可以控制通道開口大小和通過門柵流到另一邊的電流,。 在低電壓下（密度小于8×1012電子/平方厘米）,，門柵仍是絕緣的，幾乎沒有電流,；在中等電壓和密度下,，出現(xiàn)了量子隧穿，某些電子對可以到另一邊去,；在高電壓和更高密度下（約5×1013電子/平方厘米,，比目前大部分FETs大100倍），微導區(qū)會實體化,，當這些區(qū)連接起來跨越門柵時,，就形成了高效隧道，使超導電流自由通過,。超導電流的電子并非單個地運動,，而是以弱耦合形式形成配對，稱為庫珀對,，兩個電子自旋方向相反,。但這種量子超導只在特定范圍才會發(fā)生。 根據(jù)電流與門電壓之間的關(guān)系,，電子流通過微小通道時,，其自旋自由度被打破，就像磁鐵中的電子沒有方向自由,，卻能協(xié)調(diào)排列一樣,。高電子密度和強勢電子的相互作用，這在其它材料上是沒有的,，可能產(chǎn)生了某類新型電子傳輸,。 研究人員推測，這種性質(zhì)與一種新型超導相符,，稱為P-波超導,，但還需要更多研究來證明。而傳統(tǒng)超導是S-波超導,，由庫珀對構(gòu)成了零電阻電流,，在形狀上是球形的。而P-波超導,，電子對更像一個小啞鈴,。雖然人們尚未確切看到P-波超導，因為要構(gòu)建電子對的形狀非常困難,，但本研究仍有重要意義,。 總編輯圈點 現(xiàn)在對超導材料的研究，多是先通過理論進行推測，然后對可能的材料進行一一實驗來找到合適的組合,，成功常常需要碰運氣,。只有對超導理論有更深入的理解，對微觀物質(zhì)的運動規(guī)律即量子理論有更深刻的認識,，才能更高效的尋找實用的超導材料,。本研究是否發(fā)現(xiàn)了科學家努力尋找的P-波超導，現(xiàn)在還不得而知,，但作為一個新現(xiàn)象,，以及對這個現(xiàn)象的解釋，都將加深我們對超導態(tài)電子配對機制的理解,，對整個超導學領(lǐng)域會有重大意義,。 |
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