（圖片來(lái)源：艾姆斯實(shí)驗(yàn)室）

美國(guó)能源部艾米斯實(shí)驗(yàn)室（Ames Laboratory）的物理學(xué)家們已經(jīng)成功地對(duì)鐵基超導(dǎo)體進(jìn)行了測(cè)量，該超導(dǎo)體處于一種重要但難以實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)，此時(shí)臨界量子漲落支配著物理學(xué)。通過(guò)一種新的傳感技術(shù)，他們精確地繪制出了超導(dǎo)態(tài)深處的量子相變的圖像，而理論上這一現(xiàn)象與超導(dǎo)性密切相關(guān)。

這種創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)裝置稱為氮空位（NV）磁強(qiáng)計(jì)，與先前用于探測(cè)超導(dǎo)材料中類似物理性質(zhì)的裝置相比，它具有高靈敏度、無(wú)創(chuàng)性以及更高的精確度。

“這實(shí)在是超導(dǎo)科學(xué)中一個(gè)令人著迷的結(jié)果，它能幫助我們對(duì)量子相變?nèi)绾闻c超導(dǎo)共存形成一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。”超導(dǎo)相似乎可以保護(hù)量子臨界行為不受無(wú)序性的影響。艾米斯實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家Prozorov說(shuō)：“這太不可思議了！隨著我們繼續(xù)用這套裝置研究其他材料，它將有助于回答有關(guān)非常規(guī)超導(dǎo)性來(lái)源的重要理論問(wèn)題?！?/p>

研究小組利用氮空位磁強(qiáng)計(jì)精確測(cè)量了倫敦穿透深度（磁場(chǎng)穿進(jìn)超導(dǎo)體中，并減弱為超導(dǎo)體表面處強(qiáng)度1/e之時(shí)的深度）。倫敦穿透深度與有效電子質(zhì)量直接相關(guān)，而量子漲落影響著有效電子質(zhì)量，且是量子相變存在的信號(hào)。通過(guò)系統(tǒng)性測(cè)量由Paul Canfield的研究組在艾米斯實(shí)驗(yàn)室培育的一種氮族（第五主族）鐵化合物Ba(Fe,Co)2As2的不同成分，Prozorov的團(tuán)隊(duì)可以繪制出在溫度接近絕對(duì)零度時(shí)，通常隱藏在超導(dǎo)圓頂（superconducting dome）下的量子相變的存在。

在艾米斯的低溫實(shí)驗(yàn)室里，Prozorov帶領(lǐng)一組科學(xué)家，研究超導(dǎo)體的特殊性質(zhì)，并試圖解開(kāi)各種量子現(xiàn)象如何影響其性能的謎題。他們專注于開(kāi)發(fā)獨(dú)特的超高精度和靈敏的實(shí)驗(yàn)儀器，以測(cè)量超導(dǎo)體行為的光、磁和電信號(hào)。氮空位磁強(qiáng)計(jì)是由科學(xué)家Naufer Nusran和研究生Kamal Joshi在艾姆斯實(shí)驗(yàn)室從頭開(kāi)始建造的。這是一種光磁強(qiáng)計(jì)，利用了一種特殊的原子缺陷的量子態(tài)，這種缺陷被稱為氮空位中心，存在于金剛石晶體中。Nusran還設(shè)計(jì)了一種新穎的方法，利用氮空位中心來(lái)測(cè)量導(dǎo)致倫敦滲透深度的下臨界場(chǎng)。

“倫敦穿透深度是描述超導(dǎo)體的最基本參數(shù)之一，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)它可以告訴你超導(dǎo)體有多穩(wěn)健，” Prozorov說(shuō)?！霸谖掖蟛糠盅芯可闹校乙恢痹谑褂貌煌募夹g(shù)測(cè)量這個(gè)量，氮空位探測(cè)代表著實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)性的重大進(jìn)步。”

七年前，Prozorov的實(shí)驗(yàn)室參與了一項(xiàng)國(guó)際研究合作，首次發(fā)現(xiàn)了量子臨界點(diǎn)(QCP)在超導(dǎo)態(tài)中存在的明確證據(jù)。目前的工作使用了嶄新的方法，檢測(cè)了存在大量無(wú)序性的超導(dǎo)系統(tǒng)。綜上所述，這些工作證明量子相變和臨界漲落不僅與超導(dǎo)性共存，而且可能受超導(dǎo)性保護(hù)而不被無(wú)序性影響。這些結(jié)果是解開(kāi)鐵基超導(dǎo)之謎的另一條重要線索。

“然而，要全面探索非常規(guī)超導(dǎo)體的科學(xué)，我們還有很多工作要做。要做到這一點(diǎn)，我們就必須開(kāi)發(fā)出更新更復(fù)雜的量子探測(cè)方法。”Nusran說(shuō)。新的量子探測(cè)方法應(yīng)該能在納米尺度上探測(cè)量子漲落，這將使我們能夠更深入地研究高溫超導(dǎo)體和其他材料學(xué)中，量子相位競(jìng)爭(zhēng)與共存的關(guān)系?！斑@些新穎的性質(zhì)最終將闡明超導(dǎo)體和其他量子材料在技術(shù)應(yīng)用方面的限制條件與可行性?！闭撐陌l(fā)表在《新物理學(xué)雜志》（New Journal of Physics）上。

翻譯：王麟濤

審校：戴晨

引進(jìn)來(lái)源：艾姆斯實(shí)驗(yàn)室

引進(jìn)鏈接：https://phys.org/news/2020-05-scientists-clue-unconventional-superconductivity.html

關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書(shū)籍】，了解最新科普書(shū)籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥(niǎo)知識(shí)】，學(xué)習(xí)觀鳥(niǎo)相關(guān)科普知識(shí)
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情
?