二碲化鈾晶體之旅 超導體釋放稀有物理現象

編譯/高晟鈞

動物的分類很簡單,根據界門綱目科鼠種來進行區分,這種秩序有助於幫助我們了解大自然的動物。而材料的分類,也能以為絕緣體、導體、半導體超導體,並根據層次結構中電子、原子與周遭環境間的相互作用進行分門別類。

二碲化鈾晶體之旅,超導體釋放稀有物理現象。圖片來源:Emily Edwards

然而,材料的區分與動物最大的區別在於,材料的分類通常界線不那麼明顯,不同的溫度、壓力與環境都會使材料在不同類別中切換。例如,降低溫度或是提高壓力可以使某些導體變成超導體。

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物理學教授,也是本篇作者Vidya Madhavan便表示:「發現材料的新現象是物理學中的聖杯,它不只能轉變我們思考的方式,也能幫助我們更了解量子領域的奧妙。」近期,Vidya在二碲化鈾 (UTe2) 晶體中發現了不尋常的電荷波。於是該研究團隊開發了一個新的模型,試圖解釋晶體為何發生不尋常的超導特性。

在室溫下,UTe2類似於一顆閃亮的熔岩,而當其被液態氮所冷卻後,它會開始展現超導現象。超導性之所以特別,是因為它不同於一般常規的導電率(一般電器的電子運動),它涉及了電子相互作用所形成的庫柏對(低溫下電子會結合在一起,而並非像平常單獨運動),而其相互作用也會因材料而有所不同。

研究小組使用掃描隧道顯微鏡(STM)來使材料的微觀結構可視化。他們觀察到,UTe2超導體的電荷分布不均,呈條紋狀,並具有三重態配對(一般為單重態)。主要作者Anuva Aishwarya表示:「超導狀態下存在電荷密度波本身並不奇怪,奇怪的是,超導性的消失也會導致電荷波消失。」

數據的傅里葉分析表明,電荷密度波存在於低磁場中,在10特斯拉以上超導性消失時消失。這是一個關鍵指標,表明波以某種方式與材料的超導性相互關聯。

團隊解釋道,電荷密度波可能與材料中的電荷以及另一個相互作用的電子對有關(庫柏對),並且可能發生在其它含有銅與氧原子的超導體中。這也是科學家第一次在具有三重態配對的超導體中看到這種現象。作者認為,這很有也會使這種材料出現不同的相(Phase,例如水、冰、水蒸氣)。

資料來源:SciTechDaily

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