發(fā)布時間:2025-10-26閱讀(6)
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超導(dǎo)體是一種在低溫下具有零電阻和完全抗磁性的物質(zhì)。這意味著電流可以在超導(dǎo)體中無損耗地流動,而外部磁場則被完全排斥。超導(dǎo)現(xiàn)象是由量子力學(xué)的效應(yīng)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(tài),從而降低了系統(tǒng)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(guī)的超導(dǎo)體中,庫珀對之間沒有相互作用,它們都處于同一個量子態(tài),也就是說,它們有相同的動量和相位。
伊辛超導(dǎo)體是一種特殊類型的超導(dǎo)體,它具有強(qiáng)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(qiáng)的聯(lián)系,而電子之間的磁性相互作用則很弱。因此,伊辛超導(dǎo)體中的庫珀對有一個特殊的性質(zhì),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(jī)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(tài)是一種在超導(dǎo)體中存在于強(qiáng)磁場下的非常規(guī)相。當(dāng)外部磁場足夠強(qiáng)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(tài),而是形成了一個空間上周期性變化的態(tài)。這個態(tài)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(tài)的特征參數(shù),它決定了庫珀對波的周期和振幅。
然而,F(xiàn)FLO態(tài)在實(shí)驗(yàn)上很難觀察,因?yàn)樗枰獫M足一系列嚴(yán)格的條件,例如低溫、高磁場、低雜質(zhì)和強(qiáng)耦合。目前,只有少數(shù)幾種物質(zhì)被認(rèn)為是潛在的FFLO態(tài)候選者,例如鐵基超導(dǎo)體、銣原子費(fèi)米氣體和重費(fèi)米子化合物。 最近,中外科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志上發(fā)表了一篇論文,這篇論文報(bào)道了在一種伊辛超導(dǎo)體材料(鈰鈷銦五)中觀察到了軌道FFLO態(tài)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。作者利用了一種叫作穆斯堡爾譜學(xué)的技術(shù),可以測量材料中原子核的磁性和電荷環(huán)境。他們發(fā)現(xiàn),在低溫和高磁場下,材料中出現(xiàn)了兩種不同類型的原子核信號,分別對應(yīng)于兩個反平行自旋的庫珀對波。通過分析信號的強(qiáng)度和頻率,他們可以確定軌道FFLO態(tài)的參數(shù),并與理論預(yù)測進(jìn)行比較。他們還發(fā)現(xiàn),在更高的溫度或更低的磁場下,軌道FFLO態(tài)會消失,恢復(fù)到常規(guī)的超導(dǎo)態(tài)。
這個發(fā)現(xiàn)是首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了軌道FFLO態(tài)的存在,并展示了伊辛超導(dǎo)體作為一種理想平臺來研究這種非常規(guī)相。軌道FFLO態(tài)是一種展示了量子力學(xué)奇異性和多樣性的例子,它可以幫助我們理解超導(dǎo)機(jī)制和相變過程。此外,軌道FFLO態(tài)也可能有潛在的應(yīng)用價值,例如在量子計(jì)算和信息存儲方面。 |
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