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新型超導或將來自二維電子氣
zs-bk.com?2014-09-11 18:01:32? ?來源:中國科技網-科技日報    我來說兩句

科技日報訊 (記者常麗君)真正的二維物質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,。

據物理學家組織網9月10日(北京時間)報道,,對平面電子集合二維物質的研究還相對較新,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,,產生的相互作用比內部更強,。而且其用途廣泛,,具有絕緣、導電,、半導,、超導甚至鐵磁的性質??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轉化為另一種。相關論文發(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,。

根據電流與門電壓之間的關系,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,可能產生了某類新型電子傳輸。

研究人員推測,,這種性質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,對整個超導學領域會有重大意義,。

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