（圖片來源：艾姆斯實驗室）

美國能源部艾米斯實驗室（Ames Laboratory）的物理學家們已經成功地對鐵基超導體進行了測量，該超導體處于一種重要但難以實現的狀態(tài)，此時臨界量子漲落支配著物理學。通過一種新的傳感技術，他們精確地繪制出了超導態(tài)深處的量子相變的圖像，而理論上這一現象與超導性密切相關。

這種創(chuàng)新的實驗裝置稱為氮空位（NV）磁強計，與先前用于探測超導材料中類似物理性質的裝置相比，它具有高靈敏度、無創(chuàng)性以及更高的精確度。

“這實在是超導科學中一個令人著迷的結果，它能幫助我們對量子相變如何與超導共存形成一個清晰的認識?！背瑢嗨坪蹩梢员Ｗo量子臨界行為不受無序性的影響。艾米斯實驗室的物理學家Prozorov說：“這太不可思議了！隨著我們繼續(xù)用這套裝置研究其他材料，它將有助于回答有關非常規(guī)超導性來源的重要理論問題?！?/p>

研究小組利用氮空位磁強計精確測量了倫敦穿透深度（磁場穿進超導體中，并減弱為超導體表面處強度1/e之時的深度）。倫敦穿透深度與有效電子質量直接相關，而量子漲落影響著有效電子質量，且是量子相變存在的信號。通過系統性測量由Paul Canfield的研究組在艾米斯實驗室培育的一種氮族（第五主族）鐵化合物Ba(Fe,Co)2As2的不同成分，Prozorov的團隊可以繪制出在溫度接近絕對零度時，通常隱藏在超導圓頂（superconducting dome）下的量子相變的存在。

在艾米斯的低溫實驗室里，Prozorov帶領一組科學家，研究超導體的特殊性質，并試圖解開各種量子現象如何影響其性能的謎題。他們專注于開發(fā)獨特的超高精度和靈敏的實驗儀器，以測量超導體行為的光、磁和電信號。氮空位磁強計是由科學家Naufer Nusran和研究生Kamal Joshi在艾姆斯實驗室從頭開始建造的。這是一種光磁強計，利用了一種特殊的原子缺陷的量子態(tài)，這種缺陷被稱為氮空位中心，存在于金剛石晶體中。Nusran還設計了一種新穎的方法，利用氮空位中心來測量導致倫敦滲透深度的下臨界場。

“倫敦穿透深度是描述超導體的最基本參數之一，簡單來說它可以告訴你超導體有多穩(wěn)健，” Prozorov說。“在我大部分研究生涯中，我一直在使用不同的技術測量這個量，氮空位探測代表著實驗超導性的重大進步?！?/p>

七年前，Prozorov的實驗室參與了一項國際研究合作，首次發(fā)現了量子臨界點(QCP)在超導態(tài)中存在的明確證據。目前的工作使用了嶄新的方法，檢測了存在大量無序性的超導系統。綜上所述，這些工作證明量子相變和臨界漲落不僅與超導性共存，而且可能受超導性保護而不被無序性影響。這些結果是解開鐵基超導之謎的另一條重要線索。

“然而，要全面探索非常規(guī)超導體的科學，我們還有很多工作要做。要做到這一點，我們就必須開發(fā)出更新更復雜的量子探測方法?！盢usran說。新的量子探測方法應該能在納米尺度上探測量子漲落，這將使我們能夠更深入地研究高溫超導體和其他材料學中，量子相位競爭與共存的關系?！斑@些新穎的性質最終將闡明超導體和其他量子材料在技術應用方面的限制條件與可行性?！闭撐陌l(fā)表在《新物理學雜志》（New Journal of Physics）上。

翻譯：王麟濤

審校：戴晨

引進來源：艾姆斯實驗室

引進鏈接：https://phys.org/news/2020-05-scientists-clue-unconventional-superconductivity.html

關注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復【最新活動】，了解近期科普活動
回復【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復【研學營】，了解最新科普研學營
回復【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復【團體定制】，了解最新團體定制活動
回復【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復【觀鳥知識】，學習觀鳥相關科普知識
回復【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情
?