超导体应该进行调整


根据莱斯大学物理学家和合作者的两项研究,一些铁基超导体可以从调整中受益 。
“我们的工作展示了一种新的设计原理,用于调谐量子材料,以在更高的温度下实现非常规的超导性,”莱斯的研究首席理论物理学家齐淼思说,该研究调查了先前在硒化铁中报道的异常超导模式 。
“我们展示了一种异常,一种不同寻常的电子秩序,可以提高超导电性在特定轨道中产生电子配对的可能性,” 赖斯量子材料中心 (RCQM)和Harry C. and Olga K的主任说。Wiess物理与天文学教授 。“增强这种效应的调谐材料可以在更高的温度下促进超导性 。”
由于无数电子的撞击,电流加热了布线,每次撞击时都会失去能量 。电网每年约有6%的电力因此加热或电阻而损失 。相比之下,超导体中的电子形成了在没有电阻或热量的情况下毫不费力地流动的对 。
工程师们长期以来一直梦想着将超导技术用于节能计算,电网等等,但电子是臭名昭着的孤独者,是量子家族中最受研究的成员,称为费米子 。费米子非常反对彼此分享空间,他们已经知道 暂时不再存在。由于它们古怪的量子特性,诱导电子形成对通常需要极端条件,如 强压力 或比深空更冷的温度。
非传统的超导性 - 在硒化铁等材料中发生的那种 - 是不同的 。由于物理学家无法完全解释的原因,非常规超导体中的电子在相对较高的温度下形成对。在过去的40年里,这种行为已被记录在数十种材料中 。虽然确切的机制仍然是个谜,但像Si这样的物理学家已经学会了预测非常规超导体在某些情况下的表现 。
在新的研究中,Si,Rice研究生Haoyu Hu和合作者使用“轨道选择性配对”的理论模型来解释先前的硒化铁实验结果,并预测它和其他材料在其他情况下的表现 。该团队包括莱斯大学的研究生胡浩宇,人民大学的荣宇,亚利桑那州立大学的Emilian Nica和洛斯阿拉莫斯实验室的朱建新 。在其模型中,某些原子壳中的电子更可能形成对,而不是其他原子壳 。Si说,通过思考像高速公路上的车道一样的原子轨道,一种可视化的方法 。
“汽车在不同车道以不同的速度行驶,”他说 。“我们希望左车道的人能够最快地移动,但情况并非如此 。当许多汽车在高速公路上时,其他车道可能移动得更快 。非常规超导体中的电子就像拥挤的高速公路上的汽车 。他们必须互相避开,最终可能被卡在一条车道上 。调整电子订单是一种将电子哄骗进入特定 轨道的方法,就像高速公路锥体和将汽车引入特定车道的障碍一样 。“
铁基高温超导体是在2008年发现的,Si和合作者提供 了解释它们的第一个理论之一:将它们冷却到量子临界点附近会产生明显的相关电子效应,这种行为起源于只能通过将电子视为集体系统而不是许多单个物体来理解 。
这些新论文出现在 物理评论快报 (PRL)和 物理评论B (PRB)中,建立在与Yu和Nica在Rice的博士后和研究生学习期间进行的研究中 。2013年,Si和Yu表明,轨道选择性行为可能导致碱性硒化铁同时表现出金属和绝缘体的冲突特性 。2017年,Si,Nica及其同事表明,硒化铁有可能具有超导状态,其中与子壳的一个轨道相关的电子对与同一子壳中的密切相关轨道的电子对非常不同 。
【超导体应该进行调整】“在目前的工作中,我们发现向列顺序在高于超导转变温度的温度下显着提高了正常状态下的轨道选择性,”PRL论文的第一作者Yu说 。
在向列系统中,在一个方向上的顺序高于另一个方向 。例如,在一盒未煮过的面条中,如果在垂直方向上观察,面条是纵向排列的,但是是无序的 。
为了分析在向列电子秩序存在下超导性的性质,Yu,Si及其同事分析了“超导间隙”,这是一种比较与向列方向和垂直方向上的电子对分离相关的能量成本的度量 。他们的计算显示出很大的差异 。
“我们的研究结果提供了对最近报道的非常显着结果的自然理解,这些结果是 基于对扫描隧道显微镜中硒化铁超导间隙的精心测量而得到的,”PRB论文的第一作者胡说 。
Si表示,这项工作“揭示了轨道选择性配对与电子订单之间的相互作用,这似乎是铁基超导体和其他强相关量子材料中非常规超导性的重要组成部分 。”

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