發現量子相變與超導共存，超導相保護量子臨界行為不受無序影響

2020-05-17 博科園

艾姆斯實驗室的物理學家，成功地在一個重要但難以到達的區域對鐵基超導體進行了測量，在這個區域，臨界量子漲落主導著物理過程。使用一種新的傳感技術，研究人員準確地繪製了超導狀態深處的量子相變，即一種理論上與超導緊密耦合的現象。這種創新的實驗裝置，被稱為氮空位(NV)磁鏡，具有高靈敏度，實際上是非侵入性的，比以前用於探索超導材料中類似物理的實驗裝置更精確。

發現量子相變與超導共存，超導相保護量子臨界行為不受無序影響

這在超導體科學中真是一個令人著迷的結果：清楚地了解了量子相變是如何與超導共存。艾姆斯實驗室的物理學家普羅佐羅夫說：似乎超導相保護了量子臨界行為不受無序影響，這是相當了不起的！隨著繼續研究具有這種新能力的其他材料，這將有助於回答有關非常規超導起源的重要理論問題。研究小組使用NV探測器精確測量了倫敦穿透深度，即磁場從超導體表面穿透到超導體的深度，其研究發表在《新物理學》​期刊上。

發現量子相變與超導共存，超導相保護量子臨界行為不受無序影響

這個深度與有效電子質量直接相關，有效電子質量是受量子漲落影響的量，它標誌著量子相變的存在。通過系統地測量由保羅·坎菲爾德的研究小組，在艾姆斯實驗室生長鐵肽化合物Ba(Fe，Co)2As2的不同成分，研究團隊可以繪製出當溫度接近絕對零度時，通常隱藏在超導「穹頂」下量子相變的存在。普羅佐羅夫帶領一組科學家在艾姆斯實驗室的低溫實驗室裡，研究超導體耐人尋味的行為，並試圖解開各種量子現象如何影響它們的性能。

發現量子相變與超導共存，超導相保護量子臨界行為不受無序影響

研究人員專門開發獨特的超高精度和超靈敏度實驗技術來測量這些行為的光學、磁學和電學特徵。NV探測器是由艾姆斯實驗室科學家Naufer Nusran和研究生Kamal Joshi從頭開始建造的，這是一種光學磁強計，利用了鑽石中一種特殊原子缺陷的量子態，稱為氮空位(NV)中心。Nusran還設計了一種新穎的方法，利用NV中心來測量導致倫敦滲透深度的較低臨界場，倫敦穿透深度是描述超導體的最基本參數之一。

發現量子相變與超導共存，超導相保護量子臨界行為不受無序影響

基本上可以告訴我們超導體的穩定程度，NV傳感代表著實驗超導方面的一個重大進步。普羅佐羅夫實驗室是一個國際研究合作的一部分，該合作發現了第一個明確的證據，表明量子臨界點(QCP)在超導狀態深處存活了下來。目前的研究表明，使用新的方法，檢查具有大量無序的超導系統。綜上所述，這些研究證明量子相變和臨界漲落不僅與超導電性共存，甚至可能受到超導電性的保護，不受無序效應的影響。

發現量子相變與超導共存，超導相保護量子臨界行為不受無序影響

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

發現量子相變與超導共存，超導相保護量子臨界行為不受無序影響

博科園｜研究/來自：埃姆斯實驗室

研究發表期刊《新物理學》

博科園｜科學、科技、科研、科普

關注【博科園】看更多大美宇宙科學

相關焦點

  • 發現量子相變與超導共存，超導相保護量子臨界行為不受無序影響！
    文章來自：（www.bokeyuan.net）艾姆斯實驗室的物理學家，成功地在一個重要但難以到達的區域對鐵基超導體進行了測量，在這個區域，臨界量子漲落主導著物理過程。使用一種新的傳感技術，研究人員準確地繪製了超導狀態深處的量子相變，即一種理論上與超導緊密耦合的現象。
  • 高壓誘發的量子自旋液體材料的Mott相變和超導
    量子自旋液體（Quantum Spin Liquid, QSL）是指由於強量子漲落導致自旋即使在零溫極限下也不形成磁有序的一種新的自旋量子態。它的基態不產生自發的對稱性破缺，沒有確定的序參量，超越了朗道相變理論所能描述的物相範疇，代表了一種新奇的量子物態（Nature 464 (2010) 199）。
  • 進展 | 高壓誘發的量子自旋液體材料的Mott相變和超導
    量子自旋液體（Quantum Spin Liquid, QSL）是指由於強量子漲落導致自旋即使在零溫極限下也不形成磁有序的一種新的自旋量子態。它的基態不產生自發的對稱性破缺，沒有確定的序參量，超越了朗道相變理論所能描述的物相範疇，代表了一種新奇的量子物態（Nature 464(2010) 199）。
  • 二維超導的量子Griffiths相變
    Griffiths從理論上預測，無序效應會定性地改變物相和相變臨界點的行為，特別是臨界點的動力學臨界指數將趨於無窮大，這種現象被稱作Griffiths奇異性。隨著時間推移，這一預測現已拓展到量子相變形成了量子Griffiths奇異性理論。所謂量子相變，是指在絕對零度下系統處於量子基態時隨著參數變化而發生的相變。
  • 超導量子計算實驗進展:動力學相變的超導量子模擬
    近年來，隨著可集成量子比特數的增多，相干時間的延長，以及操控和讀出精度的提升，超導量子計算成為量子模擬的重要平臺之一。運用經典計算機準確模擬量子多體系統的非平衡性質是人們長期關注的課題，而運用超導量子計算平臺模擬非平衡性質為研究這一類問題提供了新途徑。
  • 物理所等發現自旋阻挫重費米子體系中的量子臨界相
    當一個二級相變通過非溫度控制的外參量被連續壓制到絕對零度附近時，體系會發生量子相變。發生量子相變的臨界點，即量子臨界點，是絕對零度條件下位於外參量軸上的一個點，通常可以通過調控壓力、磁場等手段來獲得。量子相變和有限溫度下由熱漲落控制的相變不同，其物理本質是基於海森堡不確定原理的量子漲落行為。
  • ...中心王健研究組及合作者的最新成果:反常量子格裡菲思奇異性的...
    這一發現揭示了超導漲落與自旋軌道耦合效應對於量子相變的重要影響，揭示出量子格裡菲斯奇異性在二維超導金屬相變中的普適性。超導-絕緣體與超導-金屬相變是量子相變的經典範例，已有三十餘年的研究歷史。所謂量子相變，是指在絕對零度下系統處於量子基態時隨著參數變化而發生的相變。近年來，隨著薄膜和器件製備工藝的提高，二維晶態超導體系逐漸成為了研究量子相變的理想平臺，得到了國際學術界的廣泛關注。
  • 浙江大學科研團隊首次發現鐵磁量子臨界點證據
    近日，浙江大學教授袁輝球團隊等首次在純淨的重費米子化合物中發現鐵磁量子臨界點，並觀察到奇異金屬行為。
  • 看一下量子糾纏，就能改變量子系統的性質，量子世界太神奇了！
    許多著名的實驗表明，觀察量子系統的簡單行為就能改變系統性質，這種現象被稱為「觀察者效應」，例如當有人窺視薛丁格貓的盒子後，它要麼死，要麼活(但不再是兩者都活)。觀察破壞了貓狀態的疊加，換句話說，破壞了描述貓處於兩種狀態概率的波函數。在一篇新研究論文中，物理學家進一步研究了測量如何影響量子糾纏，在這種情況下，量子糾纏相當於一個系統處於疊加狀態的程度。
  • 巡遊電子量子臨界行為研究取得進展
    然而，巡遊電子量子臨界現象是典型的量子多體問題，牽扯到對於無窮多耦合著的量子臨界玻色、費米自由度的嚴格處理，傳統的以平均場和微擾論為代表的解析方法無法提供定量甚至是定性正確的結果。故而經過理論凝聚態物理學家數十年的努力，雖然高階圈圖計算和新的重正化群方案以及對於非費米液體行為的猜測一直在向前推進，但是系統臨界指數和臨界動力學行為等普適的、嚴格的結論仍然不存在。
  • 超導之謎原來如此?科學家在超導體中,直接觀察到一種量子效應!
    科學家們探索了添加雜質（即鈷原子）時鐵基超導體的行為，以探索超導性是如何形成和消散的。其發現使科學家們對60年前關於超導行為的理論有了新認識，其研究成果現在發表在《物理評論快報》期刊上。普林斯頓大學尤金·希金斯物理學教授M·扎希德·哈桑(M.Zahid Hasan)領導了該研究團隊：添加雜質是了解超導體行為的一種有用方法，這就像通過投擲石頭來探測湖中水的波浪行為。
  • 科學家首次發現鐵磁量子臨界點確鑿證據—新聞—科學網
    近日，浙江大學關聯物質研究中心/物理學系教授袁輝球團隊等首次在純淨的重費米子化合物中發現鐵磁量子臨界點，並且觀察到奇異金屬行為。
  • 超導量子計算進展:多體局域化遷移率邊界的量子模擬
    在量子計算領域，經過多年的努力，我們也見證了量子比特數從初期個位數到現今兩位數的增長曆程，無疑比特數的增加還會繼續，那麼這種發展是一種單純數目的增加，還是我們期望一種「多則異也」的從量變到質變或者演生行為呢？
  • 超導量子計算進展：多體局域化遷移率邊界的量子模擬
    在量子計算領域，經過多年的努力，我們也見證了量子比特數從初期個位數到現今兩位數的增長曆程，無疑比特數的增加還會繼續，那麼這種發展是一種單純數目的增加，還是我們期望一種「多則異也」的從量變到質變或者演生行為呢？
  • 量子反常霍爾效應體系量子相變與標度行為研究獲進展
    量子相變是指在絕對零度下系統隨著物理參數變化而出現的相變。儘管絕對零度時系統已經處於某一個基態，這個基態可能隨著溫度之外的另一個參數的改變而改變，這樣的相變可以用標度行為描述，這個相變點稱為量子臨界點。
  • 華中科大提出一種量子臨界動力學增強的量子傳感新方法
    近日，華中科大物理學院量子傳感與量子信息實驗室蔡建明教授團隊提出一種量子臨界動力學增強的量子傳感新方法，該方法為實現基於量子臨界現象的量子傳感，突破標準量子極限並達到海森堡極限測量精度，提供了一種新的途徑。在量子臨界點附近，體系的序參量通常具有發散的極化率，相鄰量子基態的可區分性也被明顯增強，可利用量子臨界效應實現海森堡極限精度的測量。
  • 李言榮院士團隊在《Science》發表原創成果 首次在高溫超導中發現量子金屬態
    川報觀察記者 李寰11月14日，國際著名期刊《科學》（Science）以「first release」形式刊發了電子科技大學電子薄膜與集成器件國家重點實驗室的最新研究論文《超導
  • 量子計算機突破:很酷的超導材料自然保持量子態,或改變遊戲規則
    現在來自約翰霍普金斯大學的研究人員發現了一種材料，這種材料可能會加速製造這些神秘的機器的製造。該團隊的研究描述了這樣一種超導材料的存在， 它的的名稱叫做β-Bi2Pd，它自然存在於一個量子態，而無需為了達到這樣的效果而附加磁場影響。作者寫道，這種材料的低維護性和穩定性使它成為設計量子系統的完美候選者。
  • 壓力山大更超導|超導「小時代」
    Ochsenfeld於1933年發現的。這一發現直接導致了超導機理研究的第一次突破——London量子剛性理論的提出。了解了超導是一種宏觀量子現象是否就意味著解決了超導問題了呢？當然不是。首先，我們不了解是什麼原因導致超導體中的電子運動發生量子協同，沒有對於這個問題的理解，London解釋最多只能當成一種猜測。其次，如何使超導這種宏觀量子現象在更容易實現的條件下發生？