物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)“行為”開關(guān)

(資料圖)

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

科技日報(bào)記者?張佳欣

據(jù)6月22日《自然·材料》雜志報(bào)道，美國麻省理工學(xué)院研究人員發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體硒化鐵轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的新機(jī)制。與其他鐵基超導(dǎo)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(dǎo)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(huì)改變其結(jié)構(gòu)，以“解鎖”新的超導(dǎo)行為。這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變被稱為“向列相轉(zhuǎn)變”，物理學(xué)家懷疑它提供了一種新的方法來驅(qū)動(dòng)材料進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，在這種狀態(tài)下電子可完全無摩擦地流動(dòng)。

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

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

材料表現(xiàn)出超導(dǎo)電性的溫度越高，它在現(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用前景就越大，比如為更精確、更輕的核磁共振機(jī)或高速磁懸浮列車實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的電磁鐵。在其他鐵基超導(dǎo)材料中，科學(xué)家們觀察到，當(dāng)單個(gè)原子突然將其磁自旋轉(zhuǎn)向一個(gè)協(xié)調(diào)的、首選的磁方向時(shí)，這種轉(zhuǎn)變就會(huì)發(fā)生。

研究人員發(fā)現(xiàn)，硒化鐵通過一種全新的機(jī)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(xì)微的區(qū)別為發(fā)現(xiàn)非傳統(tǒng)超導(dǎo)體打開了一扇新的大門。

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