新しい研究により、高度に無秩序な酸化インジウム超伝導体が一次量子相転移、つまり超伝導状態から絶縁状態への突然の変化を起こすことが明らかになりました。
このような突然の変化は超伝導体では観察されないため、この発見は非常に信じられないものです。彼らは通常、ゆっくりとした段階的な二次移行を経験します。
今回の研究で観察されたまれで突然の相転移は、量子システムの安定性と効率を高めるための材料設計の指針となる可能性がある。
「我々は、不連続な一次量子相転移が無秩序によって調整されるという一般的なパラダイムからの逸脱を示しています」と研究著者らは述べている。 注記。
超流体剛性の予期せぬ低下
相転移とは、固体から液体へ、または超伝導体から絶縁体へのような、物質の状態の変化です。このような変化は、温度や圧力などの特定の条件が臨界点を超えると発生します。
ただし、超流体剛性と呼ばれる、相転移に影響を与える特性がもう 1 つあります。これは、材料の超電導状態が相変化に対してどの程度耐性があるかを示す尺度であり、相転移中に超電導がどのように破壊されるかを理解する上で重要な役割を果たします。
一般に、超伝導体が相転移を起こすと、超流体の剛性は連続的かつ滑らかに減少します。しかし、研究者らはアモルファス酸化インジウム膜を調べたところ、何か異常なことを発見した。
酸化インジウムには、いくつかの構造的、化学的、原子レベルの障害があります。これらの無秩序をどのように微調整できるかを理解するために、彼らは材料がさらに無秩序になったときにどのように動作するかを測定しました。
このために、彼らはマイクロ波分光法を採用しました。これは、マイクロ波を使用して材料の内部特性と挙動を研究する技術です。分光法は、酸化インジウムの超流動剛性を正確に測定するのに役立ちました。
驚くべきことに、彼らは、酸化インジウム膜の超流動剛性が徐々に変化するのではなく、予想外に急激に低下することを観察した。
映画は特別な状態に入った
クーパー対と呼ばれる一対の電子が協調して移動すると、物質は超伝導体のように動作します。研究者らは研究中に、材料に無秩序が導入されると、クーパーペアが異常な動作をすることを発見した。
通常、クーパーペアは材料が抵抗なく電気を通すのに役立ちます（超伝導）が、十分な無秩序があると、クーパーペアは互いに競合し始めます。この結果、超伝導状態と絶縁クーパーペアガラスと呼ばれる別の状態との間に矛盾が生じます。
研究著者らはまた、膜が超伝導能力を失う温度（臨界温度）が、電子の対形成の強さによって決定されなくなったことにも気づいた。 しかし、超流動剛性によって 自体。
これは、材料が擬似ギャップ状態、つまり電子対が形成されるものの、超伝導を維持するために協調して動作しない特殊な状態に入ったことを意味します。
「我々は、膜の臨界温度がもはやペアリングの振幅とは関係なく、予備形成されたクーパーペアの擬似ギャップ領域と一致する超流動剛性と一致していることを示した」と研究著者らは述べた。
擬似ギャップ状態は、一部の量子材料、特に高温超伝導体では重要な段階です。これは、量子材料の挙動や量子技術での使用の可能性を説明するのに役立つためです。
の 勉強 雑誌に掲載されています 自然物理学。
