發布時間:2025-10-26閱讀(1)
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超導體是一種在低溫下具有零電阻和完全抗磁性的物質。這意味著電流可以在超導體中無損耗地流動,而外部磁場則被完全排斥。超導現象是由量子力學的效應造成的,其中電子在晶格中形成一種叫做庫珀對的配對狀態,從而降低了系統的能量。庫珀對之間有一個相干長度,表示它們的空間范圍。在常規的超導體中,庫珀對之間沒有相互作用,它們都處于同一個量子態,也就是說,它們有相同的動量和相位。
伊辛超導體是一種特殊類型的超導體,它具有強烈的自旋-軌道耦合和弱的自旋-自旋相互作用。這意味著電子的自旋和軌道之間有很強的聯系,而電子之間的磁性相互作用則很弱。因此,伊辛超導體中的庫珀對有一個特殊的性質,即它們的自旋沿著一個固定的方向(稱為伊辛軸)極化,而不是隨機取向。這樣,庫珀對就具有了一個偏好的自旋方向,也就是說,它們有一個自旋極化度。 軌道Fulde–Ferrell–Larkin–Ovchinnikov(FFLO)態是一種在超導體中存在于強磁場下的非常規相。當外部磁場足夠強時,它會打破庫珀對之間的平衡,使得它們具有不同的動量和相位。這樣,庫珀對就不能再處于同一個量子態,而是形成了一個空間上周期性變化的態。這個態可以看作是由兩個反平行自旋的庫珀對波組成,它們沿著磁場方向有一個相對位移。這個位移就是軌道FFLO態的特征參數,它決定了庫珀對波的周期和振幅。
然而,FFLO態在實驗上很難觀察,因為它需要滿足一系列嚴格的條件,例如低溫、高磁場、低雜質和強耦合。目前,只有少數幾種物質被認為是潛在的FFLO態候選者,例如鐵基超導體、銣原子費米氣體和重費米子化合物。 最近,中外科學家團隊在《自然》雜志上發表了一篇論文,這篇論文報道了在一種伊辛超導體材料(鈰鈷銦五)中觀察到了軌道FFLO態的實驗證據。作者利用了一種叫作穆斯堡爾譜學的技術,可以測量材料中原子核的磁性和電荷環境。他們發現,在低溫和高磁場下,材料中出現了兩種不同類型的原子核信號,分別對應于兩個反平行自旋的庫珀對波。通過分析信號的強度和頻率,他們可以確定軌道FFLO態的參數,并與理論預測進行比較。他們還發現,在更高的溫度或更低的磁場下,軌道FFLO態會消失,恢復到常規的超導態。
這個發現是首次在實驗上證實了軌道FFLO態的存在,并展示了伊辛超導體作為一種理想平臺來研究這種非常規相。軌道FFLO態是一種展示了量子力學奇異性和多樣性的例子,它可以幫助我們理解超導機制和相變過程。此外,軌道FFLO態也可能有潛在的應用價值,例如在量子計算和信息存儲方面。 |
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