과학자들은 2017년에 처음 예측된 애매한 초전도 상태를 발견했습니다.

획기적인 실험에서 Groningen 대학의 연구원들은 네덜란드의 Nijmegen 및 Twente 대학과 중국의 Harbin Institute of Technology 동료들과 협력했습니다. 이들은 함께 2017년 처음 예측된 초전도 상태의 존재를 확인했다.

독특한 형태의 초전도 FFLO 상태에 대한 증거를 확립한 그들의 발견은 최근 저널에 발표되었습니다. 자연. 이 돌파구는 특히 초전도 전자 분야에서 영향력을 발휘할 가능성이 있습니다.

네덜란드 흐로닝겐 대학의 복합 재료 장치 물리학 그룹 의장이자 FFLO의 초전도 상태에 관한 Nature 논문의 주 저자인 Justin Yee 교수입니다. 크레딧: Sylvia Germes

이 논문의 주 저자는 Groningen 대학의 복합 재료 장치 물리학 그룹을 이끄는 Justin Yee 교수입니다. Ye와 그의 팀은 Ising 초전도 사례를 연구해 왔습니다. 이것은 일반적으로 초전도성을 파괴하는 자기장에 저항할 수 있는 특수한 경우이며, 팀은 2015년에 이를 설명했습니다..

2019년에 그들이 만든 이황화 몰리브덴의 이중층을 포함하는 장치e는 두 층에 존재하는 Ising 초전도 상태와 연관될 수 있습니다. 흥미롭게도 Ye와 그의 팀이 만든 장치는 전기장을 사용하여 이 보호 장치를 켜거나 끌 수 있어 초전도 트랜지스터가 됩니다.

피하는

Ising의 이중 초전도 장치는 초전도 분야의 오랜 과제를 밝힙니다. 1964년에 4명의 과학자(Fulde, Ferrell, Larkin 및 Ovchinnikov)는 FFLO 상태라고 하는 저온 및 강한 자기장 조건에서 존재할 수 있는 특별한 초전도 상태를 예측했습니다.

표준 초전도에서 전자는 Cooper 쌍으로 반대 방향으로 이동합니다. 그들은 같은 속도로 움직이기 때문에 이 전자들의 총 운동량은 0입니다. 그러나 FFLO의 경우 쿠퍼 쌍의 전자 사이에 속도 차이가 거의 없어 순 운동량을 의미합니다.

“이 경우는 매우 파악하기 어렵고 일반 초전도체라고 주장하는 재료는 몇 개에 불과합니다.”라고 Ye는 말합니다. 그러나 이것 중 어느 것도 결정적이지 않습니다.

이 상태도는 상태도의 많은 부분을 차지하는 이방성 6중 궤도 상태의 존재를 보여줍니다. 오른쪽 상단 모서리의 개략도는 초전도 차수 매개변수의 공간 변조를 보여줍니다. 출처: P. Wan/흐로닝겐 대학교

기존의 초전도체에서 FFLO 상태를 생성하려면 강한 자기장이 필요합니다. 그러나 자기장의 역할은 미세하게 조정될 필요가 있습니다. 간단히 말해서 자기장이 두 가지 역할을 하려면 Zeeman 효과를 사용해야 합니다. 이는 전자의 스핀 방향(자기 모멘트)에 따라 전자를 Cooper 쌍으로 분리하지만 일반적으로 초전도성을 파괴하는 다른 역할인 궤도 효과에는 영향을 미치지 않습니다.

“이것은 초전도성과 외부 자기장 간의 섬세한 교섭입니다.”라고 Yi는 설명합니다.

지문

제1저자 Buhua Wan은 Cooper 쌍에 실제로 유한한 모멘텀이 있음을 입증하기 위해 모든 요구 사항을 충족하는 샘플을 생성했습니다. 출처: P. Wan/흐로닝겐 대학교

Ye와 그의 동료들이 발표하고 저널에 게재된 초전도성입니다. 과학 2015년에 그는 Zeeman 효과를 억제했습니다. “기존 FFLO를 가능하게 하는 핵심 구성 요소를 걸러냄으로써 우리는 자기장이 궤도 효과라는 다른 역할을 할 수 있는 충분한 공간을 확보했습니다.”라고 Ye는 말합니다.

“우리가 논문에서 보여준 것은 Ising 초전도체에서 궤도 효과 구동 FFLO 상태의 명확한 각인입니다.”라고 Yi는 설명합니다. “이것은 2017년에 이론적으로 처음 설명된 비정형 FFLO 사례입니다.” 기존 초전도체의 FFLO 상태는 매우 낮은 온도와 매우 강한 자기장이 필요하므로 형성하기 어렵습니다. 그러나 Ye의 Ising 초전도체에서는 약한 자기장과 더 높은 온도에서 상태에 도달합니다.

트랜지스터

실제로 Yi는 2019년 이황화 몰리브덴 초전도 장치에서 FFLO 상태의 징후를 처음 발견했습니다. “그때는 샘플이 충분하지 않았기 때문에 증명할 수 없었습니다.”라고 Yi는 말합니다. 그러나 그는 박사 학위를 받았습니다. Puhua Wan 학생은 이후 Cooper 쌍에 실제로 유한한 운동량이 있음을 보여주기 위한 모든 요구 사항을 충족하는 재료 샘플을 만드는 데 성공했습니다. “실제 시험은 반년이 걸렸지만 결과를 분석하면 1년이 더 걸렸습니다.”라고 Ye는 말합니다. Wan은 첫 번째 저자입니다. 자연 종이.

이 새로운 초전도 상태는 추가 조사가 필요합니다. 당신: “그것에 대해 배울 것이 많습니다. 예를 들어, 운동량은 물리적 매개변수에 어떤 영향을 줍니까? 이 상태를 연구하면 초전도성에 대한 새로운 통찰력을 얻을 수 있습니다. 이를 통해 트랜지스터와 같은 장치에서 이 상태를 제어할 수 있습니다. 이것이 우리의 다음 과제입니다.”

참조: Puhua Wan, Oleksandr Zheliuk, Noah FQ Yuan, Xiaoli Peng, Le Zhang, Minpeng Liang, Uli Zeitler, Steffen Wiedmann, Nigel E. 자연.
DOI: 10.1038/s41586-023-05967-z