量子势垒过程将材料从超导体变成绝缘体 _知识经验

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布朗大学的研究人员证明了一种不寻常的方法，即制动超导性，即材料在零电阻下传导电流的能力。
研究表明，弱磁场——远弱于通常中断超导的磁场——可以与材料中的缺陷相互作用，形成“随机规范场”，这是一种产生超导电子电阻的量子势垒过程。
负责这项工作的布朗大学物理学教授吉姆巴雷斯说：“我们正在以一种人们从未有过的方式破坏超导性。“这种涉及随机规范场的相变在理论上已经被预言，但这是第一次在实验中得到证实。”
超导态依赖于“库珀对”的形成和传播，在极低的温度下，耦合电子的行为更像波而不是粒子。它们的波浪形特征使它们能够穿过材料结构，而不会沿着材料结构撞击原子核，从而将遇到的阻力降至零。库珀是以布朗大学的物理学家利昂库珀的名字命名的，他因解释了他们的行为而分享了1972年的诺贝尔物理学奖。
成对电子之间的键不是特别强。温度的小幅升高或磁场强度高于临界值(对于不同的材料，该值略有不同)的存在会使这些对分离，进而破坏超导状态。
但是巴雷斯和他的同事们正在研究一种不同的破坏超导性的方法。巴雷斯的团队没有打破库珀对，但想看看他们是否能摧毁他们传播的方式。
当材料超导时，库珀同相传播，这意味着它们的量子波的波峰和波谷是相关的。异相的冲击波将阻止它们以保持超导状态的方式传播，从而将材料转化为绝缘体。
为了证明这一现象，巴雷斯和他的同事创造了一种由无定形铋制成的小型超导芯片。芯片由纳米级的孔制成，并以随机重复的蜂窝图案排列。然后研究小组在芯片上施加了一个弱磁场。在正常情况下，超导体会排斥任何低于临界值的磁场，并在超导性下正确行进。然而，铋的缺陷导致材料以特殊的方式排斥磁?。诿扛隹字芪纬晌⑿〉奈辛?。
对于超导库珀对来说，这些涡旋成为难以穿越的量子势垒过程。电流漩涡以随机的方式推动和拉动库珀对的波前，导致波相互碰撞。
“我们正在破坏波前的连贯运动，”巴雷斯说。"结果，库珀对变得局域化，无法传播，系统从超导变为绝缘."
这项研究可以帮助科学家了解超导材料的基本特性——尤其是这些材料中的缺陷在某些情况下是如何中断超导的。理解这些材料的行为将非常重要，因为量子计算机的应用将会增加，这将取决于一致的超导状态。
“就技术而言，我们试图从材料的量子特性中获得越来越多的东西，但这些材料包含这些杂乱的杂质，”巴雷斯说。“我们已经证明了一些量子随机性对磁场和随机缺陷驱动的超导体的影响。因此，这项工作可能有助于理解利用材料量子特性的局限性。”
巴雷斯希望本文描述的发现和技术将带来其他根本性的进步。
【量子势垒过程将材料从超导体变成绝缘体】巴雷斯说：“我们可以用一种定义明确的方式来调整这个移相器，这种方式可以直接建模，这可以让我们更好地理解量子相变。“所以从某种意义上说，我们创造了一个新的旋钮，我们可以转动这些旋钮来影响这些材料的性质，看看它们是如何反应的。”