物理學家發現超導“行為”開關

(資料圖)

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

科技日報記者?張佳欣

據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現了超導體硒化鐵轉變為超導狀態的新機制。與其他鐵基超導體不同，硒化鐵的轉變涉及原子軌道能量的集體轉變，而不是原子自旋。這一突破為發現非常規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構，以“解鎖”新的超導行為。這種結構轉變被稱為“向列相轉變”，物理學家懷疑它提供了一種新的方法來驅動材料進入超導狀態，在這種狀態下電子可完全無摩擦地流動。

現在，研究人員已經確定了一類超導體如何經歷向列相轉變的關鍵，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現，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℃）的溫度下會轉變為超導狀態。雖然仍然是超冷的，但這個轉變溫度高于大多數超導材料的溫度。

材料表現出超導電性的溫度越高，它在現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向一個協調的、首選的磁方向時，這種轉變就會發生。

研究人員發現，硒化鐵通過一種全新的機制發生轉移。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，來模擬向列相轉變過程中發生的結構拉伸，從而拉伸硒化鐵樣品。

結果發現，硒化鐵中的原子并沒有經歷自旋的協調轉移，而是經歷了軌道能量的集體轉移。這一細微的區別為發現非傳統超導體打開了一扇新的大門。

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