观察超导体中的快速涡旋运动

一项新技术展示了超导体中涡旋高速振荡的运动轨迹,其有效质量仅为预期的万分之一。在许多超导体中,施加足够强的磁场会使超导电子产生电流涡旋,它们随着稳定的屏蔽电流一起运动。为了进一步了解这些涡旋的动力学行为,研究人员已经将涡旋的轨迹可视化:它们在电磁驱动下以近太赫兹频率振荡。通过观察皮秒时间尺度下的涡旋运动,发现在这些条件下,涡旋的有效质量是预期的1/10000。这一结果对于发展强电流超导器件可能具有重要意义。

强关联铬基笼目超导体CsCr_(3)Sb_(5)

超导研究历经百余年仍长盛不衰[1—6]。早年发现,很多非磁元素金属单质及合金在低温下都是超导体(后来被称为常规超导体)。常规超导的微观机制来源于电子—声子耦合:超导体中传导电子借助晶格振动产生的声子形成有效吸引相互作用,从而发生两两配对;配对电子(又称“库珀对”)同时发生相位相干和量子凝聚,形成一种稳定的宏观量子态——超导态。描述常规超导体的微观理论被称为BCS理论[2]。由于磁性元素往往倾向于拆散库珀对,因而强磁性元素及其合金一般不会出现超导电性。

铁基超导体中的马约拉纳零能模及其阵列构筑

马约拉纳零能模服从非阿贝尔统计,其编织操作可用于构筑拓扑量子比特,是拓扑量子计算的基本单元,可从原理上解决量子计算中环境噪声带来的退相干问题.现有的马约拉纳零能模平台包括复合异质结构,如拓扑绝缘体/超导体、半导体纳米线/超导体或一维磁性原子链/超导体等,以及单一材料,如2M-WS_(2),4Hb-TaS_(2)和铁基超导体等.铁基超导体中的马约拉纳零能模具有材料平台简单、零能模纯净以及存活温度较高等一系列优势,引起了广泛关注.最近,大面积、有序和可调控的马约拉纳零能模晶格阵列在铁基超导体LiFeAs中被观测到,为未来的拓扑量子计算提供了一个理想平台.本综述首先回顾铁基超导体中马约拉纳零能模的实验观测,其中将重点介绍FeTe_(0.55)Se_(0.45),(Li_(0.84)Fe_(0.16))OHFeSe,CaKFe_(4)As_(4)和LiFeAs等材料体系.接着介绍给出铁基超导体中马约拉纳零能模关键性实验证据的一系列工作.然后进一步详细介绍近期LiFeAs中观测到有序和可调马约拉纳零能模晶格阵列的工作.最后给出总结和对未来马约拉纳领域研究的展望.

中山大学物理学院在镍基超导体的理论研究方面取得重大进展

中山大学物理学院姚道新教授团队在新型镍基超导体的多轨道模型和超导机理方面取得重大进展。2023年中山大学王猛教授团队与合作者(包含姚道新教授)发现了双层镍氧化物La3Ni2O7在14 GPa压力下出现了80 K(开尔文)的高温超导电性(Nature 621,493(2023)),引发了国际上的广泛关注,对其超导机理的破译迫在眉睫。姚道新教授团队通过密度泛函理论对结构相变前后的电子能带进行分析,发现影响La3Ni2O7超导电性的主要是镍的3dx2-y2和3dz2两个轨道,以及O的p轨道。姚道新教授团队基于镍的3dx2-y2和3dz2轨道建立了一个双层两轨道模型,有效地反映了新型镍基超导体的微观电子跃迁过程,给出了高压相的费米面和电子能带,体现了电子间的强关联效应。

镍基超导体中电荷序的实验研究进展

镍基超导体目前分为一价镍氧化物超导体和高压镍基超导体两个家族,其中电荷序的研究受到了广泛关注.这是因为电荷序是强关联电子体系尤其是铜氧化物超导体的研究重点之一,其不仅对于理解电子关联性有着重要意义,与非常规超导电性也有着潜在的联系,而镍基超导体的发现为电荷序与超导电性的研究提供了新的契机.本文总结了镍基超导体电荷序的实验研究进展,讨论了镍基超导体中电荷序的存在与否、具体构型以及微观性质等,以期为进一步深入研究该主题提供新的思路.

高压极端条件下的富氢高温超导体

自从在汞中发现4.2 K的超导转变温度以来,寻找室温超导体一直是凝聚态物理领域的研究热点。近年来,科学家在高压极端条件下发现了以共价型H_(3)S(T_(c)=203 K)和离子型LaH_(10)(T_(c)=250 K)、CaH_(6)(T_(c)=215 K)为代表的系列高温超导体,先后刷新了超导转变温度纪录,这些工作开启了学界在富氢化合物中寻找室温超导体的新篇章。本文重点介绍了目前高压下二元和三元富氢高温超导体的理论模拟以及实验制备和表征方面的相关研究进展,分析在富氢化合物中发现室温超导体面临的挑战和可能途径,为实现室温超导做出基础性贡献。

镍基高温超导体中的氧空位和配位空穴态

超导体在其临界转变温度(T_(c))以下具有零电阻和完全抗磁性,在输电、精密测量、核磁共振等领域具有重要的应用价值。1957年建立的BCS理论引入电子配对机制,在微观上圆满解决了超导机理问题[1],可是在BCS理论框架下,超导转变温度的上限估计为40 K,这被称为Mc Millan极限[2]。

美国研究发现存在于自然界的非常规超导体

美国艾姆斯国家实验室的科研团队发现了一种非常规超导体——密硫铑矿(miassite),是自然界中仅有的四种在实验室中生长后可作为超导体的矿物之一。相关文章发表在《通讯-材料》(Communications Materials)上。科研团队使用了三种不同的测试来确定这种矿物的性质。主要测试为“伦敦穿透深度”,可确定弱磁场从表面穿透超导体的距离。测试发现,在密硫铑矿中,这一长度随温度呈线性变化,表明它具有非常规超导体的特性。

我国科学家发现新型高温超导体

超导体因巨大应用潜力而备受关注,寻找新型高温超导体是科学界孜孜以求的目标。复旦大学物理学系赵俊教授团队利用高压光学浮区技术成功生长了3层镍氧化物,证实了镍氧化物中具有压力诱导的体超导电性,其超导体积分数达到86%,这意味着又一新型高温超导体被发现。该研究成果于北京时间2024年7月17日晚发表于最新一期《自然》上。

矿物形式的非常规超导体发现

据报道,美国艾姆斯国家实验室科学家发现了第一种非常规超导体,其化学成分在自然界中也能找到。密硫铑矿是自然界中仅有的4种在实验室培养后可作为超导体的矿物之一。研究表明,它的性质类似于高温超导体。这一发现进一步加深了科学家对超导性的理解,有望在未来带来更可持续、更经济的基于超导体的技术。

非常规界面超导体研制成功

美国加州大学河滨分校领导的多机构团队研制出一种新型非常规界面超导材料。该材料可用于量子计算,并成为“拓扑超导体”的候选材料。研究成果发表在新一期《科学进展》杂志上。拓扑超导体利用电子或空穴的非定域状态(空穴的行为类似于带正电荷的电子),以稳健的方式传输量子信息和处理数据。研究团队将三方碲(一种非磁性的手性材料)与在金薄膜表面产生的表面态超导体结合在一起,并在界面上观察到了具有明确自旋极化的量子态。

具有手性结构的新型超导体制成

据报道,日本东京都立大学研究人员通过混合两种材料,创造了一种具有手性晶体结构的新型超导体。新的铂—铱—锆化合物在2.2 K温度以下转变为超导体,使用X射线衍射可观察到其具有手性晶体结构。该技术方案有望加速对新型奇异超导材料的发现和理解。相关论文发表在最新一期《美国化学会杂志》上。科学家希望了解超导材料的奇异性质如何从其结构中产生,以及如何控制结构以获得理想的特性。

利用强磁场探究低掺杂铜基高温超导体中赝能隙区域的电子特性

高温超导材料及其机理的研究是凝聚态物理学的前沿领域。高温超导的机理至今仍是物理学界面临的一个重大科学挑战,并且被《Science》杂志在2005年和2021年两次列为全球125个最前沿的科学问题之一。在强磁场的作用下,高温超导电性会受到抑制,而对其电子特性的深入研究,例如量子振荡研究[1],为揭开高温超导机理的神秘面纱提供了一种有效的途径。

临界温度高于110 K氧化物超导体的种类和特性

氧化物超导体是非常规超导体最重要的表现形式之一,其中铊系、汞系和铜碳系列超导体的超导临界转变温度(Tc)都可达到110 K及以上,高的超导转变温度和液氮温区较高的不可逆磁场,以及广泛应用潜能备受人们关注。显然,高的超导临界温度使超导应用的冷却介质选择增多,经济实用的冷却剂可望扩大这些高超导转变温度超导体的应用领域和增加长期运行可行性。本文对110 K超导临界温度超导材料包括铊系、汞系和铜碳系超导体的发展历程和超导性能进行介绍和总结,并从理论上去分析超导转变温度的影响因素,定性解释高温超导体高Tc的原因。特别关注分析了它们不可逆场的差异,展望这些高临界温度超导体的可能新型应用。

高温超导体磁通钉扎和磁通动力学研究简介

超导态是一个宏观量子相干态,其载流子是库珀对.在没有外加磁场和电流的时候,这些库珀对的运动行为用统一的波函数ψ=ψ0eiφ进行描述,其相位φ在宏观尺度上是相同的.当磁场低于一定值的时候,在超导体的边界处穿透深度内会出现一个屏蔽电流来对抗外磁场的侵入,样品处于迈斯纳态.然而,当磁场超过一定值的时候,磁场会进入到超导体中,迈斯纳态被破坏掉,在超导体内形成超导区和正常区及其相应的界面.根据此时这个界面处能量的正负,把超导体分成Ⅰ类和Ⅱ类超导体,分别对应正和负界面能.目前发现的绝大多数超导体都是Ⅱ类超导体,因为界面能为负值,因此进入到超导体的磁场会分离成最细小的单元,以保证最大的界面面积,降低系统能量.该最小的磁通束被称为磁通量子,其磁通量是Φ0=h/2e(h为普朗克常数, e为电子电量).这些磁通线之间有一定的排斥力,因此它们会形成点阵.当外加输运电流的时候,这些磁通线会受到一个洛伦兹力作用而运动,但是运动就会造成能量的损耗,超导体就会因此失去电阻为零的优良品质.通过在超导体中引入一些缺陷、杂质或位错,就可以把磁通钉扎住,超导体仍然可以有零损耗特性,而这个特性可以用于超导体的强电应用.本文将对磁通钉扎和磁通动力学及其研究方法做一点简单介绍.

向列型三态超导体中的磁通涡旋态

在掺杂拓扑绝缘体CuxBi2Se3中,向列型三态超导电性的发现引发了人们对指认三态超导中d-矢量的兴趣,它与能隙函数的反节点方向有关,并且决定了该超导体是否为拓扑。我们对向列型自旋三态px波超导体的涡旋态性质进行了自洽分析。我们首先推导了Ginzburg-Landau理论来确定涡旋和涡旋晶格的形状。我们发现孤立涡旋的空间轮廓沿着反节点方向拉长,涡旋晶格是一个沿x方向拉长的形变了的三角晶格,在圆形费米面的特定情况下会变成正方形。最后,我们使用微观的Bogoliubov-de Gennes方程自洽计算了孤立涡旋和涡旋晶格的局域态密度。我们发现在隙间低能量下,局域态密度的轮廓始终沿着反节点方向拉长。我们的发现对于实验上探测向列型三态超导体中能隙函数的反节点方向以及进而确定超导态的拓扑性质(如在CuxBi2Se3中)具有重要价值。

高质量半导体-超导体纳米线原位分子束外延和低温量子输运研究进展

局域环境和量子比特之间的相互作用引起的量子退相干是目前限制量子计算发展的主要技术瓶颈。基于马约拉纳零能模的拓扑量子计算通过将量子信息非局域地存储于两个空间分离的马约拉纳零能模及其拓扑结构中,实现对局域噪音的免疫,有望从物理层面解决量子退相干问题。强自旋轨道耦合窄禁带半导体与超导体构成的异质结纳米线是研究马约拉纳零能模和拓扑量子计算的理想实验平台。本文综述了近年来高质量半导体-超导体纳米线的原位分子束外延制备和低温量子输运研究进展,并对半导体-超导体纳米线拓扑量子计算研究进行了展望。

芳香超导体:电-声耦合与电子关联

芳香超导体是近年来发现的一类新型高温超导体,超导转变温度随芳香分子尺寸的增大而升高,这引起了的实验和理论研究的广泛关注.关于其超导特性的驱动机制是电-声耦合还是电子关联效应等相关问题吸引了国内外研究组的极大兴趣.本文简述了芳香超导体的研究进展,介绍了金属掺杂芳香化合物后展现出的丰富超导现象,从电-声耦合和电子关联角度,讨论了国内外研究组对芳香化合物超导性的理解,及其对探索具有更高转变温度的芳香高温超导体的意义,最后介绍了目前领域内面临的挑战.

基于超导体包被的免疫荧光快检试纸法同时测定玉米中3种毒素的适用性研究

应用基于超导体包被的免疫荧光快速定量检测技术,建立了一种AFB1-ZEN-DON三合一联检卡法,可同时快速测定玉米中的黄曲霉毒素B1(AFB1)、玉米赤霉烯酮(ZEN)、呕吐毒素(DON)三种常见真菌毒素。对质控样准确度、加标回收率、检测限、定量限进行测定,检测多个玉米样品并与液相色谱法的检测结果进行对比,评估方法的适用性。结果表明,AFB1-ZEN-DON三合一联检卡检测AFB1含量在0.5~30μg/kg,ZEN含量在5~200μg/kg,DON含量在100~2 500μg/kg的范围内线性良好。AFB1在5~20μg/kg加标量范围时,回收率为97.62%~99.37%,ZEN在50~150μg/kg加标量范围时,回收率为98.03%~104.07%, DON在500~2000μg/kg加标量范围时,回收率为102.49%~108.53%。与液相色谱法相比,使用该方法检测AFB1相对偏差在–2.84%~11.91%,ZEN相对偏差在–3.43%~18.12%,DON相对偏差在1.83%~12.91%,均在液相色谱法允许偏差20%、15%和23%之内。该方法检测AFB1检测限为0.41μg/kg,定量限为1.12μg/kg;ZEN检测限为3.22μg/kg,定量限为9.15μg/kg;DON检测限为35.42μg/kg,定量限为100.84μg/kg。通过研究证明,AFB1-ZEN-DON三合一联检卡是一种有效、准确、快速的方法,能满足同时检测玉米中黄曲霉毒素B1、玉米赤霉烯酮、呕吐毒素的要求。

超导体包被免疫荧光试纸法同时测定玉米中脱氧雪腐镰刀菌烯醇和玉米赤霉烯酮适用性研究

为了能同时快速测定玉米中脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)和玉米赤霉烯酮(Zearalenone,ZEN)两种毒素,采用基于超导体包被的免疫荧光快速定量检测技术,检测了多个玉米样品,结合加标回收率、稳定性、检出限、精密度等指标,并与液相色谱法的检测结果进行比较分析,评估方法的适用性。结果表明,超导体包被的免疫荧光试纸法检测DON含量在100~2500μg/kg,检测ZEN含量在5~200μg/kg的范围内线性良好。DON在500~2000μg/kg添加水平范围内,回收率为103.72%~108.17%,ZEN在50~150μg/kg添加水平范围内,回收率为97.81%~111.27%。该方法于液相色谱法检测结果对比,DON相对偏差在3.72%~8.17%,ZEN相对偏差在2.19%~11.27%,均低于液相色谱法允许偏差23%和15%,超导体包被的免疫荧光试纸法是一种有效、实用、快速、定量的分析方法,能满足同时检测玉米中DON和ZEN的要求。