今日Science量子相干性：超導-絕緣體過渡中的中間玻色子金屬態

木文韜 4年前 (2019-12-20) 6273瀏覽

【引言】

在二維（2D）無序系統中，由于量子干涉而導致的零溫度下的金屬態缺失。一致地，當電子在2D無序系統中形成庫珀對時，基態應該是超導體或絕緣體。盡管如此，在接近零溫度時，通過實驗觀察到一種反常的金屬態，在低溫下表現出遠低于量子電阻的殘余電阻。這種意想不到的金屬態的存在和起源引起了激烈的爭論。在超低溫條件下，實驗觀察了2D超導體中金屬反常態的電阻飽和特性。然而，諸如噪聲和載流子過熱等外部影響也可能破壞超導體的相干性，這使人們對超導系統中2D金屬基態的存在產生了懷疑。相干性是理解2D金屬態的關鍵。如果電子的相干長度在低溫下飽和，由于相長量子干擾的減弱，則不應絕對禁止擴散，從而導致在低維電子系統中可能出現金屬態。因此，研究2D超導體反常金屬態中庫柏對的相干性至關重要。

【成果簡介】

今日，在北京大學王健副教授、美國布朗大學James M. Valles Jr.和成都電子科技大學熊杰教授團隊（共同通訊作者）帶領下，與量子物質科學協同創新中心、中國科學院大學、北京量子信息科學研究院、清華大學和北京師范大學合作，研究了納米相圖案的高溫超導薄膜中，如何通過磁導量子振蕩在超導體-金屬-絕緣體躍遷之間形成量子相干。通過改變薄膜的蝕刻時間來調整相干度。在超導和絕緣狀態之間，檢測到了一種強介電反常金屬態，其特征在于在低溫下的飽和電阻和振蕩幅度。測量結果表明，反常的金屬態是玻色子，相相干的飽和在其形成中起著重要的作用。相關成果以題為“Intermediate bosonic metallic state in the superconductor-insulator transition”發表在了Science。