巴斯大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，鐵基超導(dǎo)體RbEuFe4As4在-236°C以下具有超導(dǎo)性，但在-258°C以下則同時(shí)具有超導(dǎo)性和磁性。
物理學(xué)研究生David Collomb是Simon Bending教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組的主要成員，他介紹稱：“在某些材料中，如果你讓它們非常冷--比南極冷得多--它們就會(huì)變成超導(dǎo)。”但要想把這種超導(dǎo)電性帶到下一個(gè)層次的應(yīng)用中，這種材料需要表現(xiàn)出跟磁性能共存。這將使我們能開發(fā)在磁性原理上運(yùn)行的設(shè)備且與此同時(shí)又能享受到超導(dǎo)的好處。
“問題是，當(dāng)磁性打開時(shí)，超導(dǎo)性通常會(huì)消失。幾十年來，科學(xué)家們一直在嘗試探索一種具有這兩種特性的材料，最近，材料科學(xué)家已經(jīng)成功制造了一些這樣的材料。然而只要我們不明白為什么共存是可能的，尋找這些材料就不能像梳子一樣精細(xì)。這項(xiàng)新研究為我們提供了一種材料，這種材料在這兩種現(xiàn)象共存時(shí)的溫度范圍非常寬，這將使我們能夠更密切、更詳細(xì)地研究磁性和超導(dǎo)之間的相互作用。希望這將使我們能夠確定這種共存發(fā)生的機(jī)制，”Collomb繼續(xù)說道。
研究團(tuán)隊(duì)在一項(xiàng)發(fā)表在《Physical Review Letters》上的研究中通過創(chuàng)建超導(dǎo)材料在溫度下降時(shí)的磁場(chǎng)圖來研究RbEuFe4As4的不尋常行為。讓他們驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)在接近-258°C的溫度時(shí)，渦旋明顯展寬，這表明隨著磁性的打開，超導(dǎo)性受到了強(qiáng)烈的抑制。
這些觀察結(jié)果跟美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Alexei Koshelev博士最近提出的理論模型一致。該理論描述了晶體中銪(Eu)原子的磁波動(dòng)對(duì)超導(dǎo)性的抑制。在這里，當(dāng)材料下降到一定溫度以下時(shí)，每個(gè)Eu原子的磁性方向開始波動(dòng)并跟其他原子對(duì)齊，這使得該材料具備了磁性。巴斯大學(xué)的研究人員得出的結(jié)論是，雖然超導(dǎo)性被磁效應(yīng)大大削弱，但它并沒有完全被破壞。
“這表明，在我們的材料中，磁性和超導(dǎo)性在它們自己的子晶格中彼此分開，相互作用很小，”Collomb說道，“這項(xiàng)工作極大地推進(jìn)了我們對(duì)這些罕見共存現(xiàn)象的理解，并可能導(dǎo)致未來超導(dǎo)設(shè)備的應(yīng)用。它將引發(fā)對(duì)既具有超導(dǎo)性又具有磁性的材料的更深入的探索。我們希望它也能鼓勵(lì)更多應(yīng)用領(lǐng)域的研究人員利用這些材料制造下一代計(jì)算設(shè)備。希望科學(xué)界將逐漸進(jìn)入一個(gè)時(shí)代，我們將從藍(lán)天研究轉(zhuǎn)向用這些材料制造設(shè)備。在10年左右的時(shí)間里，我們可能會(huì)看到使用這種技術(shù)的原型設(shè)備真正發(fā)揮作用。”
Bending教授補(bǔ)充稱：“我們的主要結(jié)果是，磁性的產(chǎn)生強(qiáng)烈地抑制了超導(dǎo)性，這是相當(dāng)令人驚訝的，并且從表面上看，似乎跟之前在非常相似的樣品上的測(cè)量結(jié)果相矛盾。然而，RbEuFe4As4是一種極其復(fù)雜的材料，其中負(fù)責(zé)超導(dǎo)的電子和空穴存在于幾個(gè)單獨(dú)的帶中。每一種物質(zhì)對(duì)超導(dǎo)狀態(tài)的貢獻(xiàn)都不同，跟磁性銪原子的相互作用也不同。因此，任何觀測(cè)都可以對(duì)正在進(jìn)行的測(cè)量的精確細(xì)節(jié)非常敏感。”
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