【環(huán)球新視野】物理學家發(fā)現(xiàn)超導“行為”開關(guān)

(相關(guān)資料圖)

當一些超薄材料經(jīng)歷“向列相轉(zhuǎn)變”時，它們的原子晶格結(jié)構(gòu)會以解鎖超導性的方式拉伸(如這張概念圖所示)。物理學家已經(jīng)確定了這種重要的向列開關(guān)在一類超導體中是如何發(fā)生的。圖片來源：麻省理工學院

據(jù)6月22日《自然·材料》雜志報道，美國麻省理工學院研究人員發(fā)現(xiàn)了超導體硒化鐵轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢顟B(tài)的新機制。與其他鐵基超導體不同，硒化鐵的轉(zhuǎn)變涉及原子軌道能量的集體轉(zhuǎn)變，而不是原子自旋。這一突破為發(fā)現(xiàn)非常規(guī)超導體開辟了新的可能性。

在某些條件下(通常是極冷的條件)，一些材料會改變其結(jié)構(gòu)，以“解鎖”新的超導行為。這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變被稱為“向列相轉(zhuǎn)變”，物理學家懷疑它提供了一種新的方法來驅(qū)動材料進入超導狀態(tài)，在這種狀態(tài)下電子可完全無摩擦地流動。

現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)確定了一類超導體如何經(jīng)歷向列相轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵，這與許多科學家的假設形成了令人驚訝的對比。

研究人員在研究硒化鐵時發(fā)現(xiàn)，這種二維材料是溫度最高的鐵基超導體，其在70開爾文(接近零下203℃)的溫度下會轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢顟B(tài)。雖然仍然是超冷的，但這個轉(zhuǎn)變溫度高于大多數(shù)超導材料的溫度。

材料表現(xiàn)出超導電性的溫度越高，它在現(xiàn)實世界中的應用前景就越大，比如為更精確、更輕的核磁共振機或高速磁懸浮列車實現(xiàn)強大的電磁鐵。在其他鐵基超導材料中，科學家們觀察到，當單個原子突然將其磁自旋轉(zhuǎn)向一個協(xié)調(diào)的、首選的磁方向時，這種轉(zhuǎn)變就會發(fā)生。

研究人員發(fā)現(xiàn)，硒化鐵通過一種全新的機制發(fā)生轉(zhuǎn)移。他們使用超薄的、毫米長的硒化鐵樣品，并將其粘在一條薄薄的鈦帶上，通過物理拉伸鈦帶，來模擬向列相轉(zhuǎn)變過程中發(fā)生的結(jié)構(gòu)拉伸，從而拉伸硒化鐵樣品。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硒化鐵中的原子并沒有經(jīng)歷自旋的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)移，而是經(jīng)歷了軌道能量的集體轉(zhuǎn)移。這一細微的區(qū)別為發(fā)現(xiàn)非傳統(tǒng)超導體打開了一扇新的大門。

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