英國(guó)曼徹斯特大學(xué)研究人員創(chuàng)造出一種新型一維系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了高磁場(chǎng)中的穩(wěn)健超導(dǎo)。這是超導(dǎo)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大進(jìn)展，為在量子霍爾體系中實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)提供了新路徑，有望解決凝聚態(tài)物理學(xué)中長(zhǎng)期存在的難題。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。

超導(dǎo)性，即某些材料以零電阻導(dǎo)電的能力，在量子技術(shù)領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)前景。然而，在以量子電導(dǎo)為特征的量子霍爾體系中實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)卻是個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

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Josephson 結(jié)將疇壁納入最小扭曲的雙層中。

最新研究中，曼徹斯特大學(xué)團(tuán)隊(duì)一開始遵循傳統(tǒng)方法，使反向傳播的邊緣態(tài)彼此靠近，這通常需要在空間上限制邊緣態(tài)。然而，這種方法受到實(shí)驗(yàn)條件、材料、失序效應(yīng)等限制。

隨后，該團(tuán)隊(duì)探索了一種新策略，靈感來自他們的早期研究。當(dāng)時(shí)研究證明了石墨烯的疇界具有高度導(dǎo)電性。通過在兩個(gè)超導(dǎo)體之間放置這樣的疇界，他們實(shí)現(xiàn)了期望的反向傳播邊緣態(tài)之間最終的接近，同時(shí)最大限度減少了無序效應(yīng)。

研究人員稱，在他們制造的每個(gè)設(shè)備中，都能在相對(duì)“溫和”的溫度下觀察到強(qiáng)大的高達(dá)一開爾文超電流。

進(jìn)一步研究表明，這種鄰近超導(dǎo)性并非源自沿疇界傳播的量子霍爾邊緣態(tài)，而是源于疇界本身存在的嚴(yán)格意義上的一維電子態(tài)。研究小組證實(shí)了這些一維態(tài)的存在，與量子霍爾邊緣態(tài)相比，它們顯示出更強(qiáng)的超導(dǎo)雜化能力。研究人員認(rèn)為，內(nèi)部態(tài)固有的一維性質(zhì)是他們能在高磁場(chǎng)下觀察到強(qiáng)大超電流的原因。

在新設(shè)備中，電子在同一納米尺度空間內(nèi)以兩個(gè)相反的方向傳播，而且沒有散射。這樣的一維系統(tǒng)十分少見，有望解決基礎(chǔ)物理中一系列問題。

在第一種二維材料石墨烯問世20年后，這種新型一維超導(dǎo)體代表著超導(dǎo)研究又向前邁進(jìn)了一步，有望為量子技術(shù)發(fā)展開辟新途徑，并為探索新物理學(xué)鋪平道路。

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