理解高溫超導(dǎo)背后的機制仍然是凝聚態(tài)物理中最具挑戰(zhàn)性的問題之一。在各種非常規(guī)超導(dǎo)體家族中，鐵基超導(dǎo)體成為一種特別引人入勝的體系，因為它表現(xiàn)出復(fù)雜的電子結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)性質(zhì)。近年來，一個特別的概念——量子格里菲斯奇異性(QGS)——已成為解開這些非常規(guī)超導(dǎo)體復(fù)雜性的潛在關(guān)鍵。

QGS是一種理論結(jié)構(gòu)，描述了量子相變附近的一個區(qū)域，在那里可以形成罕見的局域自旋簇或其他自由度。這些嵌入在宿主材料中的團簇，引入了能量尺度的分層分布，導(dǎo)致異常的熱力學(xué)和動態(tài)特性。雖然在低維系統(tǒng)和某些磁性材料中進行了廣泛研究，但三維QGS在鐵基超導(dǎo)體中的存在及其影響一直是研究的主題。

最近北京大學(xué)研究人員發(fā)表的一篇論文，為塊狀鐵基超導(dǎo)體中存在三維 QGS提供了令人信服的證據(jù)。(www.wS46.com)

量子格里菲斯奇異性

為了理解QGS，必須建立對量子相變的基礎(chǔ)理解。與在有限溫度下發(fā)生的經(jīng)典相變不同，量子相變發(fā)生在零溫下，因為控制參數(shù)(如壓力或磁場)被調(diào)諧。在這些轉(zhuǎn)變附近，量子漲落成為主導(dǎo)，導(dǎo)致臨界行為。

然而，QGS引入了一層復(fù)雜性。它源于淬火無序的存在，例如雜質(zhì)或缺陷，它們可以產(chǎn)生具有不同于塊狀材料性質(zhì)的局部區(qū)域。這些區(qū)域，通常稱為格里菲斯區(qū)域，可以充當(dāng)稀有的、能量上有利的簇。這些簇的分布遵循冪律形式，導(dǎo)致分層的能量景觀。

QGS的影響是深遠的。它會導(dǎo)致發(fā)散的動態(tài)臨界指數(shù)，表明異常緩慢的弛豫時間。此外，QGS還可以產(chǎn)生格里菲斯相，其特征是非遍歷行為和常規(guī)標度律的分解。預(yù)計該相將表現(xiàn)出一系列非常規(guī)特性，包括異常的傳輸、磁性和熱力學(xué)行為。

實驗證據(jù)

雖然QGS的理論框架已經(jīng)建立，但在像鐵-砷化物這樣的復(fù)雜材料中進行實驗驗證具有挑戰(zhàn)性。然而，最近的突破為塊狀樣品中存在三維QGS 提供了令人信服的證據(jù)。

QGS 的關(guān)鍵實驗特征之一是正常狀態(tài)中存在廣泛的非費米液體狀態(tài)。該狀態(tài)的特征是電阻率、比熱和其他物理量的溫度和磁場依賴性異常。在各種鐵化合物中都觀察到了這種行為，這表明QGS 可能是這些異常現(xiàn)象背后的原因。

此外，對超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的詳細研究揭示了類似格里菲斯情景的證據(jù)。上臨界場的溫度依賴性和轉(zhuǎn)變時的比熱躍變與BCS理論存在偏差，而與QGS的預(yù)測一致。廣泛的超導(dǎo)波動機制的觀察，延伸到遠高于臨界溫度，支持了分層能量景觀的想法。

為了進一步鞏固三維QGS的證據(jù)，采用了中子散射、核磁共振和介子自旋弛豫等先進的實驗技術(shù)。這些研究提供了對格里菲斯區(qū)域的微觀性質(zhì)及其對材料的電子和磁性質(zhì)的影響的見解。

影響和未來方向

在塊狀鐵基超導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)三維QGS對我們理解這些復(fù)雜材料具有深遠意義。這表明，通常被認為是有害因素的無序可能在形成超導(dǎo)特性方面起著至關(guān)重要的作用。此外，QGS 為這些超導(dǎo)體中奇異的正常狀態(tài)行為和非常規(guī)配對機制提供了一種潛在的解釋。

未來的研究工作將側(cè)重于闡明格里菲斯區(qū)域的精確性質(zhì)及其與其他電子和磁自由度的相互作用。更深入地了解鐵基超導(dǎo)體中的QGS，可能為開發(fā)具有增強超導(dǎo)性能的新型材料鋪平道路。