金刚石中三重态自旋超导的发现

naichabei2周前科学与科技8

钻石它们的许多特性通常可以充当质量,清晰度和硬度的最高级。除了这种稀有材料在装饰和装饰用途中的流行外,这些宝石在工业中也被高度重视,它们被用于切割和抛光其他硬质材料并制造辐射探测器。

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十多年前,当金刚石中引入了高浓度的硼时,就发现了一种新特性:超导性。当具有相反自旋的两个电子形成一对(称为库珀对)时,会发生超导,从而导致材料的电阻为零。这意味着大的超电流可以在材料中流动,这为先进的技术应用带来了潜力。然而,自从研究和表征钻石的超导电性及其潜在应用以来,几乎没有做过任何工作。


南非约翰内斯堡威特沃兹兰德大学物理学院的纳米级传输物理实验室(NSTPL)的Somnath Bhattacharyya教授领导的一项新研究详细描述了钻石中所谓的“三重态超导”现象。当电子以复合自旋状态而不是成对移动时,会发生三重态超导。这是一种极为罕见但有效的超导形式,到目前为止,仅在一种或两种其他材料中发生,而在理论上仅在金刚石中发生。


“在铝等常规超导材料中,磁场和磁性杂质会破坏超导性,但是即使与磁性材料结合使用,金刚石中也可能存在三重态超导性。这导致该材料更有效和多功能地工作,” Bhattacharyya解释说。 。


标题为“ Rashba自旋轨道耦合对掺硼超导纳米晶金刚石薄膜的影响:界面三重态超导性的证据”。这项研究是与英国牛津大学和英国钻石光源公司合作完成的。通过这些合作,可以看到以前从未见过的钻石晶体和界面的美丽原子排列,从而支持“三胞胎”超导性的最初主张。


Bhattacharyya及其团队对钻石的三重态超导性进行了实践证明,这非常令人兴奋。戴维·姆祖科(Davie Mtsuko)说:“我们甚至在圣诞节那天都在工作,我们感到非常兴奋。”


“这是钻石从未有过的主张,”克里斯托弗·科尔曼补充说。Mtsuko和Coleman都是该论文的合著者。


尽管钻石是极为稀有和昂贵的资源,但钻石可以在实验室中使用称为汽相沉积室的专用设备进行制造。Wits NSTPL开发了他们自己的等离子沉积室,该室使他们能够种植质量高于正常质量的钻石-使它们成为此类高级研究的理想选择。


这一发现扩大了金刚石的潜在用途,金刚石已经被公认为一种量子材料。“所有常规技术都是基于与电子电荷相关的半导体。到目前为止,我们对它们如何相互作用以及如何控制它们有了很好的理解。但是,当我们能够控制超导性和纠缠等量子态时,会有很多电子的电荷和自旋具有更多的物理性质,而且还具有新的特性。” Bhattacharyya说。“随着金刚石等超导材料的涌现,传统的硅技术可以被具有成本效益的低功耗解决方案所取代。”


金刚石中三重态超导的感应不仅对潜在应用具有重要意义。它说明了我们对物理学的基本理解。Bhattacharyya说:“到目前为止,三重态超导性基本上存在于理论中,我们的研究为我们提供了一种以实际方式测试这些模型的机会。”


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