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本文1796字，阅读约需5分钟 摘 要：日本东京大学等组成的研究小组通过实验阐明，量子液晶状态下量子力学性波动（量子液晶波动）会加强超导电子对的结合强度。这与由磁性波动引起的超导机制完全不同，未来通过比较，有望进一步加深对非传统型超导的理解。 关键词：量子液晶波动、超导机制、非传统型超导、Fe（Se，Te）、上部临界磁场 要点 ·在研究量子液晶状态下电子波动对超导影响的基础上，成功测量了近年来备受关注的铁系超导体Fe（Se，Te）的上部临界磁场。 ·实证了量子液晶波动会加强促进超导电子对形成的相互作用。 ·通过与已知的由磁性波动引起的超导状态进行比较，有望推进对非传统型超导表现机制的理解进入下一阶段。
“量子液晶波动形成电子对”概念图 日本东京大学等组成的研究小组通过实验阐明，量子液晶状态下量子力学性波动（量子液晶波动）会加强超导电子对的结合强度。 当对处于超导状态的物质施加磁场时，超导性会在一定量级消失。研究小组着眼于这一性质，测量了铁系超导体之一的Fe（Se，Te）的超导性消失时的磁场大小（上部临界磁场），并研究了超导性如何随着磁场的增加而变化。结果发现，随着磁场的增加，超导状态逐渐减弱，并发出强烈的量子液晶波动。此外还实证了量子液晶波动会加强促进超导电子对形成的相互作用。 这一结果表明，超导性可以通过“量子液晶波动形成电子对”的新机制实现，通过与已知的由磁性波动引起的超导状态进行比较，有望加深对超导性表现机制的理解。 超导是一种物质电阻在低温下消失的现象，除了用于磁悬浮列车和医疗用MRI之外，还有望应用于无损耗输电线。另外，近年来，如量子计算机中的基本元件等，从计算技术超高速化的观点来看也备受重视。 为了扩大超导在现实社会中的适用性，世界各地都在开展基础研究，以发现更高温度下的超导性。由Bardeen、Cooper和Schrieffer三人提出的BCS理论解释了早期发现的铅和铝等单体金属的超导性，基于这一理论，可以根据晶体中原子的排列大致预测表现出超导性的温度。 然而，最近发现了一些在明显高于BCS理论预测温度的高温下表现出超导性的物质，由于无法用BCS理论来解释，因此被称为非传统型超导。此外，为了在高温下实现超导性，阐明这种非传统型超导的表现机制成为物理学中的一大课题。 目前普遍认为，超导是一种无数电子通过某种相互作用形成电子对的状态，而具体识别这种相互作用是理解超导的核心。非传统型超导多因磁性被抑制而出现，因此强烈的磁性波动有可能成为推动电子对形成的相互作用。 最近，在表现出非传统型超导的各种物质中，出现了一种类似于液晶的电子状态——量子液晶状态。研究人员提出，这种量子液晶状态受到抑制而引起的“量子液晶波动”也可以成为形成超导电子对的相互作用，因而备受关注。 近年来铁系超导体之一的Fe(Se,Te) (硒化铁 (FeSe) 中的硒 (Se)被碲 (Te) 部分置换)因研究量子液晶波动对超导性的影响而备受关注。研究表明，量子液晶状态常与磁性状态同时出现，但随着Te置换量的增加，量子液晶被抑制而不显示磁性，并且产生强烈的量子液晶波动。然而，为了证明量子液晶波动实际上是形成超导电子对的相互作用，还需要通过更直接的实验进行验证。 本研究着眼于超导被磁场破坏的性质。当对处于超导状态的物质施加磁场时，超导性会在一定量级消失。这是因为强磁场导致电子无法配对，其大小称为上部临界磁场。通过测量上部临界磁场，可以研究超导电子对的结合强度。为了测量作为此次研究物质的Fe（Se，Te）的上部临界磁场，需要50T（特斯拉）的强磁场。通过结合东京大学物性研究所附属国际超强磁场科学研究设施所拥有的脉冲电磁铁和最先进的精密测量技术，仅在几十毫秒内就产生了60T级的强磁场，可以测量Fe（Se，Te）的上部临界磁场。 此外，研究小组测量了各种Te置换量下的上部临界磁场，并研究了超导性如何随着磁场的增加而变化（图1）。研究表明，当不施加磁场时，超导转变温度相对于Te置换量呈圆顶状变化，圆顶高度随着磁场的增加而逐渐缩小。此外，圆顶的中心始终位于量子液晶即将消失的Te置换量附近，而强烈的量子液晶波动恰好发生在此处。这一结果证实了量子液晶波动会引发磁场中的强超导性，即增强了电子对的相互作用。
图1：具有量子液晶状态的Fe（Se，Te）在磁场下的超导转变温度 图中的圆形标记表示在磁场0T（特斯拉）、14T、30T、40T、46T下的超导转变温度（左轴）。灰色虚线表示到量子液晶状态的转变温度（右轴），在其为0开尔文（星型标记）附近，量子液晶波动增大。可以看出，在其附近，超导相对于磁场特别稳定。 本研究的重要成果之一是表明超导性可以通过“量子液晶波动形成电子对”这一新机制实现。研究人员认为这种量子波动引起的超导性，与由磁性波动引起的超导机制完全不同。未来通过比较，有望进一步加深对非传统型超导的理解。  （1）获取原文 |
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