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超导界面电子向列性研究获突破

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2025-05-15 16:07:33

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2025-05-15 01:42:05 作者：狼叫兽

近日，西湖大学理学院吴颉团队与浙江大学谢燕武研究组合作，成功在 LaAlO?/KTaO?(111)（简称 LAO/KTO）超导界面中首次系统性地测得并揭示了超导态及其邻近量子态中电子向列性的演化特征。此项研究成果已发表于物理学权威期刊Physical Review X。

在氧化物异质结界面超导体系中，将两种特定的绝缘材料叠加在一起，其界面区域可表现出导电甚至超导特性。这一超导层厚度约为 4 纳米，相当于约 10 层原子。当温度降低至临界值时，界面上数量庞大的电子会两两配对，并自由流动，形成超导现象。

研究团队利用自主研发的高精度角分辨电阻测量技术，在该体系接近超导转变温度时，首次清晰观测到了界面电子行为的细节变化。他们发现，在进入超导态之前，LAO/KTO 界面的电阻并非在所有方向同步下降，而是率先沿某一特定方向显著降低。这表明超导态并非均匀出现，而是在某个方向上优先发生，随后扩展至其他方向。

进一步研究表明，随着温度继续下降，电子在某一方向上优先配对凝聚，展现出类似“集体决策”的行为。这种方向选择性破坏了原有的各向同性状态，被定义为电子向列性。

此外，研究团队还在 LAO/KTO 的量子金属态中观测到电子向列性的存在。通过施加垂直磁场抑制超导态后，研究人员发现，尽管超导已被破坏，界面电阻并未随温度降低而趋于零，而是稳定在一个有限值，这一现象被称为量子金属态。其形成机制尚无统一解释。令人惊讶的是，即便在该状态下，电子向列性依然存在，仿佛是超导态留下的“痕迹”。

这项工作不仅深化了人们对二维超导体系中电子行为的理解，也为探索新型量子态提供了新的实验手段和理论视角。

体系量子向列性方向电子团队电阻界面突破研究超导态谢燕武

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