科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
以色列希伯來(lái)大學(xué)研究人員在二硒化鈮薄膜中發(fā)現(xiàn)了一種意想不到的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。當(dāng)這些薄膜的厚度薄于6個(gè)原子層時(shí)，超導(dǎo)性不在整個(gè)材料中均勻分布，而是局限于材料表面。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了先前的假設(shè)，對(duì)于理解超導(dǎo)性以及開(kāi)發(fā)先進(jìn)的量子技術(shù)具有重要意義。相關(guān)成果發(fā)表于新一期《自然·通訊》。
研究人員對(duì)由二硒化鈮制成的薄膜進(jìn)行了深入研究，這是一種特殊的層狀超導(dǎo)材料，可被精確組裝成厚度只有幾個(gè)原子層的結(jié)構(gòu)。通過(guò)使用高分辨率磁成像技術(shù)，研究人員能夠看到先前方法無(wú)法檢測(cè)到的細(xì)節(jié)，測(cè)量了這些材料在厚度減小時(shí)對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)。
通常認(rèn)為，超導(dǎo)材料越厚，其排斥磁場(chǎng)的能力就越強(qiáng)，這一性質(zhì)可用Pearl長(zhǎng)度來(lái)表征。Pearl長(zhǎng)度較小，意味著磁場(chǎng)更容易被排斥，符合超導(dǎo)體的常規(guī)行為。新研究證實(shí)，對(duì)于厚度超過(guò)10個(gè)原子層的樣品，這一規(guī)則成立。然而，當(dāng)薄膜厚度降至3—6層（2—4納米）時(shí)，研究人員觀察到了意想不到的現(xiàn)象：Pearl長(zhǎng)度急劇增加，并且不再依賴厚度，表明磁場(chǎng)響應(yīng)特性發(fā)生了變化。這一異常行為打破了原有的理論框架。
研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)厚度低于6個(gè)原子層時(shí)，超導(dǎo)電流主要集中在頂部和底部表面，而不再均勻分布于整個(gè)材料內(nèi)部。
這一結(jié)果拓展了對(duì)極薄膜超導(dǎo)性的理解，挑戰(zhàn)了現(xiàn)有理論，同時(shí)也展現(xiàn)了高精度測(cè)量技術(shù)在揭示新物理現(xiàn)象方面的潛力，為量子技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用提供了全新思路。
