艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家，成功地在一個(gè)重要但難以到達(dá)的區(qū)域?qū)﹁F基超導(dǎo)體進(jìn)行了測(cè)量，在這個(gè)區(qū)域，臨界量子漲落主導(dǎo)著物理過程。使用一種新的傳感技術(shù)，研究人員準(zhǔn)確地繪制了超導(dǎo)狀態(tài)深處的量子相變，即一種理論上與超導(dǎo)緊密耦合的現(xiàn)象。

這種創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)裝置，被稱為氮空位(NV)磁鏡，具有高靈敏度，實(shí)際上是非侵入性的，比以前用于探索超導(dǎo)材料中類似物理的實(shí)驗(yàn)裝置更精確。

這在超導(dǎo)體科學(xué)中真是一個(gè)令人著迷的結(jié)果：清楚地了解了量子相變是如何與超導(dǎo)共存。艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家普羅佐羅夫說：似乎超導(dǎo)相保護(hù)了量子臨界行為不受無序影響，這是相當(dāng)了不起的！隨著繼續(xù)研究具有這種新能力的其他材料，這將有助于回答有關(guān)非常規(guī)超導(dǎo)起源的重要理論問題。研究小組使用NV探測(cè)器精確測(cè)量了倫敦穿透深度，即磁場從超導(dǎo)體表面穿透到超導(dǎo)體的深度，其研究發(fā)表在《新物理學(xué)》期刊上。

這個(gè)深度與有效電子質(zhì)量直接相關(guān)，有效電子質(zhì)量是受量子漲落影響的量，它標(biāo)志著量子相變的存在。通過系統(tǒng)地測(cè)量由保羅·坎菲爾德的研究小組，在艾姆斯實(shí)驗(yàn)室生長鐵肽化合物Ba(Fe，Co)2As2的不同成分，研究團(tuán)隊(duì)可以繪制出當(dāng)溫度接近絕對(duì)零度時(shí)，通常隱藏在超導(dǎo)“穹頂”下量子相變的存在。普羅佐羅夫帶領(lǐng)一組科學(xué)家在艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的低溫實(shí)驗(yàn)室里，研究超導(dǎo)體耐人尋味的行為，并試圖解開各種量子現(xiàn)象如何影響它們的性能。

研究人員專門開發(fā)獨(dú)特的超高精度和超靈敏度實(shí)驗(yàn)技術(shù)來測(cè)量這些行為的光學(xué)、磁學(xué)和電學(xué)特征。NV探測(cè)器是由艾姆斯實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家Naufer Nusran和研究生Kamal Joshi從頭開始建造的，這是一種光學(xué)磁強(qiáng)計(jì)，利用了鉆石中一種特殊原子缺陷的量子態(tài)，稱為氮空位(NV)中心。Nusran還設(shè)計(jì)了一種新穎的方法，利用NV中心來測(cè)量導(dǎo)致倫敦滲透深度的較低臨界場，倫敦穿透深度是描述超導(dǎo)體的最基本參數(shù)之一。

基本上可以告訴我們超導(dǎo)體的穩(wěn)定程度，NV傳感代表著實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)方面的一個(gè)重大進(jìn)步。普羅佐羅夫?qū)嶒?yàn)室是一個(gè)國際研究合作的一部分，該合作發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)明確的證據(jù)，表明量子臨界點(diǎn)(QCP)在超導(dǎo)狀態(tài)深處存活了下來。目前的研究表明，使用新的方法，檢查具有大量無序的超導(dǎo)系統(tǒng)。綜上所述，這些研究證明量子相變和臨界漲落不僅與超導(dǎo)電性共存，甚至可能受到超導(dǎo)電性的保護(hù)，不受無序效應(yīng)的影響。

這一結(jié)果是解開鐵基超導(dǎo)之謎的又一重要線索，然而，要全面探索非常規(guī)超導(dǎo)體的科學(xué)，還有很多工作要做。為此，必須開發(fā)更新、更復(fù)雜的量子傳感方法。新的量子傳感方法可以探測(cè)納米級(jí)的量子漲落，這將使人們能夠更深入地研究高溫超導(dǎo)體中競爭和共存的量子相以及許多其他材料科學(xué)問題。這些新穎的能力，最終將揭示超導(dǎo)體和其他量子材料在技術(shù)應(yīng)用中的極限條件和可行性。

博科園｜研究/來自：埃姆斯實(shí)驗(yàn)室

研究發(fā)表期刊《新物理學(xué)》

DOI: 10.1088/1367-2630/ab85a9

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