我校张万里、熊杰研究团队在《Science》正刊发表在高温超导中首次发现量子金属态的原创成果

文:电子薄膜与集成器件国家重点实验室 / 来源:电子薄膜与集成器件国家重点实验室 / 2019-11-15 / 点击量:14180

11月14日,国际著名期刊《Science》以“first release”形式刊发《超导-绝缘相变中的玻色金属态》(Intermediate bosonic metallic state in the superconductor-insulator transition),我校电子薄膜与集成器件国家重点实验室博士生杨超(导师李言荣院士)为第一作者,熊杰教授为通讯作者,张万里教授、李言荣院士为共同作者。这是我校首次以第一单位在《科学》正刊上发表研究成果,该发现是在我校国家重点实验室做出的原创成果,标志着我校在高温超导量子相变领域取得了重大研究进展。

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量子材料以及量子相变是本世纪凝聚态物理与材料领域的研究热点。自高温超导发现以来,二维量子金属态的存在及其形成机制是三十多年来国际学术界一直悬而未决的重要物理问题。电子科技大学张万里、熊杰研究团队与北京大学王健教授团队、林熙研究员课题组、北京师范大学刘海文研究员、清华大学姚宏教授、美国布朗大学James M. Valles Jr 教授、Jimmy Xu教授等合作首次在高温超导纳米多孔薄膜中完全证实了量子金属态的存在。通过调节反应离子刻蚀的时间,在高温超导钇钡铜氧(YBCO)多孔薄膜中实现了超导—量子金属—绝缘体相变。通过极低温输运测试发现,超导、金属与绝缘这三个量子态都有与库珀电子对相关的h/2e周期的超导量子磁导振荡,证明量子金属态是玻色金属态,揭示出库珀对玻色子对于量子金属态的形成起到了主导作用。

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图A-C:纳米多孔超导薄膜示意图;图D-E:电阻温度输运曲线;图F:量子磁导振荡曲线

该工作得到了美国科学院院士、斯坦福大学Steven A. Kivelson教授的高度评价,评论文章发表在凝聚态物理杂志俱乐部上。Steven教授指出:“对于量子金属起源的探索将会改变我们对量子材料的认识,将极大推动量子器件领域的发展”。这一发现为国际上争论了三十多年的量子金属态的存在提供了有力的证据,并为研究量子金属态提供了新思路。

从“十三五”开始,在李言荣院士的带领下,张万里教授团队在量子信息材料与器件、二维材料与器件、异质异构集成技术等前沿交叉领域积极谋划和布局,在Science、Nature Chemistry、Nature Communications、Advanced Materials等国际著名期刊发表系列创新性研究成果,牵头获得国家技术发明二等奖,这些成果显著提高了我校在电子薄膜材料与器件领域的国内外影响力。


论文链接:

https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/13/science.aax5798

量子材料以及量子相变是本世纪凝聚态物理与材料领域的研究热点。量子相变与传统的热力学相变不同,是在绝对零度下调节非热力学参量(如磁场、掺杂、压强、无序度等)而发生的相变,相变点附近量子涨落而非热涨落起了重要作用。作为量子相变的经典范例,二维超导-绝缘体相变以及超导-金属相变研究获得了2015年美国凝聚态物理最高奖巴克利奖。在二维超导的量子相变过程中,除超导态与绝缘态两种基态外,是否存在量子金属态一直是理论与实验上争论的焦点。根据安德森标度理论,由于量子干涉效应以及相位相干长度在零温下发散的特性,载流子在趋于绝对零度时会表现出局域化效应,因此理论上不存在二维量子金属态。尽管实验上在各种二维超导体系发现了量子金属态的可能迹象,但受低临界温度的制约以及外界高频噪声的影响,二维量子金属态的存在及其形成机制仍存在着巨大的争议,是三十多年来国际学术界一直悬而未决的重要物理问题。



编辑:陈伟  / 审核:陈伟  / 发布者:陈伟