清華新聞網(wǎng)6月11日電 第二類超導(dǎo)體在一定外磁場(chǎng)下會(huì)形成量子化的磁通渦旋，這些渦旋對(duì)超導(dǎo)體的輸運(yùn)性質(zhì)有著深刻影響。近日，清華大學(xué)物理系張定、薛其坤團(tuán)隊(duì)在超薄高溫超導(dǎo)銅氧化物中系統(tǒng)研究了磁通渦旋的熱激活行為和能斯特效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)渦旋對(duì)應(yīng)的熵與超流密度的指數(shù)關(guān)系。
圖1.樣品制備的流程圖和器件細(xì)節(jié)展示
張定、薛其坤團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于高溫超導(dǎo)機(jī)理研究，在超薄樣品制備、調(diào)控以及高質(zhì)量轉(zhuǎn)角約瑟夫森結(jié)方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，近期在《物理學(xué)報(bào)》上以邀請(qǐng)綜述的形式回顧了過(guò)去七年的工作。在最新的研究中，研究團(tuán)隊(duì)制備了僅有1.5到2個(gè)單元胞厚度的銅氧化物薄膜，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度由最佳摻雜（超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc~90 K）一直延伸到了極其欠摻雜的區(qū)間（Tc~7 K）。在這些具有高均勻性的樣品中，研究團(tuán)隊(duì)不僅開(kāi)展了磁場(chǎng)下電輸運(yùn)測(cè)量，還進(jìn)行了能斯特效應(yīng)的研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超薄樣品的磁通渦旋具有與厚層材料顯著不同的熱激活行為，反映出維度降低帶來(lái)的影響。借助這一特性，研究團(tuán)隊(duì)定量提取了超流密度這一基本參數(shù)，驗(yàn)證了它與超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度間的線性關(guān)系。通過(guò)系統(tǒng)性的能斯特效應(yīng)和磁電阻聯(lián)合測(cè)量，研究團(tuán)隊(duì)還測(cè)定出了磁通渦旋的熵值。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，渦旋熵由最佳摻雜時(shí)的2kB（kB為玻爾茲曼常數(shù)）減少到了欠摻雜時(shí)的0.002kB。這一顯著下降過(guò)程偏離了當(dāng)前理論所預(yù)期的基本恒定的行為，說(shuō)明人們對(duì)磁通渦旋的理解還不完善。結(jié)合超流密度與Tc的線性關(guān)系，研究團(tuán)隊(duì)提出渦旋熵隨超流密度下降而指數(shù)衰減，該定量關(guān)系為建立起完備的磁通動(dòng)力學(xué)理論提供了重要信息。
圖2.實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的超薄銅氧化物樣品中的能斯特信號(hào)
6月6日，研究成果以“超薄欠摻雜鉍鍶鈣銅氧超導(dǎo)的渦旋熵和超導(dǎo)漲落”（Vortex entropy and superconducting fluctuations in ultrathin underdoped Bi2Sr2CaCu2O8+xsuperconductor）為題，在線發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
清華大學(xué)物理系2018級(jí)博士生胡塾緒（已于近日通過(guò)博士答辯）為論文第一作者，北京理工大學(xué)物理學(xué)院副研究員喬佳斌（原清華大學(xué)物理系/北京量子信息科學(xué)研究院博士后）、清華大學(xué)物理系教授薛其坤和副教授張定為論文通訊作者。合作者還包括美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室教授顧根大（Genda Gu）。研究得到國(guó)家科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、北京理工大學(xué)青年教師學(xué)術(shù)啟動(dòng)計(jì)劃等的支持。
論文鏈接：
https://rdcu.be/dJ6yJ
供稿：物理系
題圖設(shè)計(jì)：李娜
編輯：李華山
審核：郭玲
