科学家发现了一种新型g波超导体

科学家发现了一种新型g波超导体

到目前为止,超导材料一直是两种类型:s波超导体和d波超导体。美国物理学家研究了钌酸锶的晶体结构(一种有望用于量子计算的化合物),发现波以一种不寻常的方式穿过晶体。新型超导体称为g波超导体。研究结果发表在《自然物理学》杂志上。

超导体中的电子一起以库珀对运动。这种“成对”赋予超导体最著名的特性-无电阻-因为要产生电阻,必须将库珀对分开,这会消耗能量。

在s波超导体中(通常是常规材料,例如铅,锡和汞),库珀对由一个朝上和朝下的电子组成,两个电子都朝着正面移动,没有净角动量。近几十年来,一类新型的外来材料展现了所谓的d波超导性,其中库珀对具有两个角动量量子。

物理学家已经发现在这两个所谓的“单态”状态之间理论上存在第三种超导体:一个具有角动量量子的p波超导体,并且电子以平行而非反平行的方式配对。这种自旋三重态超导体将是量子计算的重大突破,因为它可以用于制造马约拉纳费米子,这是一个独特的粒子,它本身就是反粒子。

20多年来,p波超导体的主要候选材料之一是钌酸锶(Sr2RuO4),尽管最近的研究已开始使这一想法陷入困境。

研究团队使用高分辨率共振超声光谱法,发现该材料可能完全是一种全新的超导体:g波。这项实验确实表明了我们从未想过的这种新型超导体的可能性。它的确为超导体性质及其表现方式开辟了可能性的空间。

研究人员在尝试进行实验时遇到了一个重大问题。

将共振超声冷却至1开尔文(华氏457.87度)是困难的,必须制造一种全新的仪器来实现这一目标。

通过新的设置,康奈尔团队测量了晶体的弹性常数(本质上是材料中的声速)对各种声波的响应,因为材料通过其1.4凯文(负457华氏度)的超导转变而冷却。

这是迄今为止在这种低温下获得的最高精度的共振超声光谱数据。

根据数据,他们确定钌酸锶是所谓的两组分超导体,这意味着电子结合在一起的方式是如此复杂,无法用一个单一数字来描述。它也需要一个方向。

先前的研究已经使用核磁共振(NMR)光谱来缩小钌酸锶可能是哪种波材料的可能性,从而有效地消除了p波的选择。

通过确定这种材料是两种成分,研究团队不仅证实了这些发现,还表明钌酸锶也不是传统的s波或d波超导体。

现在,研究人员可以使用该技术检查其他材料,以确定它们是否是潜在的p波候选者。

但是,钌酸锶的工作尚未完成。

研究人员说:“这种材料在许多不同的情况下都经过了很好的研究,而不仅仅是其超导电性。” “我们了解金属是哪种金属,为什么是金属,温度变化时金属的行为,磁场变化时金属的行为。因此,您应该能够构建理论,说明为什么金属在这里变得更好。而不是其他任何地方。”

该研究得到了美国能源部基础能源科学办公室和康奈尔大学材料研究中心的支持。

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