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得益于新的非传统界面,高温超导体离现实越来越近

超导体可应用于粒子加速器、变压器、计算和医学成像。(图片来源:Dall-E 3)
超导体可应用于粒子加速器、变压器、计算和医学成像。(图片来源:Dall-E 3)
研究人员在超导体和手性材料之间设计了一种新的界面,旨在实现更高的超导温度。界面上增强的泽曼场和由此产生的自旋活性电子特性可能会改变未来的应用,如量子计算。
Science

一组研究人员设计出了一种独特的超导体界面。 超导体(低温下电阻为零的材料)和手性材料之间的独特界面。这种新型界面能产生明显增强的泽曼磁场--一种能影响电子自旋的磁场。这项技术可能成为电子、能源等领域创新应用的关键,最重要的是 量子计算.

这种新型超导材料结合了传统超导体和具有强自旋轨道耦合的材料。这种相互作用源于电子自旋与其轨道运动之间的耦合,已被证明会强烈影响超导材料的特性。界面在超导体表面诱导自旋极化,并产生磁源准粒子态。

现在,准粒子态是那些特别受磁场影响的态。在电子与磁场相互作用强烈的材料中,会产生这些态。这种效应与手性诱导自旋选择性(CISS)的概念有关,即材料的结构手性会影响其电子的自旋和轨道角动量。CISS 对于开发超导自旋电子学和拓扑超导至关重要,因为它提供了一种控制超导材料中电子自旋的方法。

通过对这两种材料之间的界面进行工程设计,研究人员得以增强超导特性。由此产生的材料对磁场的耐受性也大大提高,这本身就是许多实际应用的关键因素。例如,它可以消除量子系统与环境相互作用时产生的退相干现象。

意义何在?这项新技术有助于开发高温超导体,其工作温度更接近环境温度。值得注意的是,现有的超导体只能在极低的温度下工作。如果温度上升到足够高,达到传导带,就不会产生超导。因此,基于上述界面的未来材料将重新定义能量传输和存储,并能制造出更强大、更高效的电子设备,如高性能晶体管。

最后,这种新材料中增强的自旋轨道耦合可能导致实现具有拓扑特性的奇异超导态。奇异态在电子特性和对称性方面有别于传统超导体。如前所述,由于这些状态在信息处理和量子计算方面的潜力,它们一直是研究的热点。

研究人员相信,他们的发现将激励超导领域的进一步研究,并在不久的将来开辟新的途径。作为参考,首个使用超导体的商用磁共振成像系统于 20 世纪 80 年代初推出 .毋庸置疑,这是一项开创性的技术,希望未来的应用只会在其基础上更上一层楼。

在本图中,具有各种金和铌厚度的样品的面内上临界磁场 HC,∥ 与温度的关系图。(图片来源:Science.org)
在本图中,具有各种金和铌厚度的样品的面内上临界磁场 HC,∥ 与温度的关系图。(图片来源:Science.org)

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Anubhav Sharma, 2024-08-26 (Update: 2024-08-26)