雙超導絕緣體量子相變產生的物理機理

雙超導絕緣體量子相變產生的物理機理

近期，中國科學院上海微系統與信息技術研究所信息功能材料國家重點實驗室高端硅基材料與應用課題組與超導材料與超導電子學應用課題組合作在二維無序超導體雙量子相變物理機制方面取得進展。研究人員利用Ge(110)上生長的單晶石墨烯與無序錫島陣列人工地構造出二維超導體，并發現了磁場調控下呈現兩個超導絕緣體量子相變，在實驗上證明并闡釋了二維無序超導體的磁場調控雙量子臨界現象產生的物理機制。相關研究成果以Double quantum criticality in superconducting tin arrays-graphene hybrid為題于6月4日發表在《自然-通訊》上（Nature Communications,9,2159(2018)，DOI:10.1038/s41467-018-04606-w）。

二維超導體的超導絕緣體相變是一種非常典型的量子相變，它描述的是系統發生在零溫下的量子基態的轉變，并受體系的哈密頓參數調控，比如摻雜、外磁場等。它對于揭示二維超導體以及強關聯體系一些反常的量子現象具有十分重要的物理意義。

一直以來，二維超導薄膜在磁場調控下通常呈現單個量子相變。最近，研究人員發現磁場調控下的LaTiO3/SrTiO3超導異質界面（Nature Materials,12,542-548(2013)）存在雙超導絕緣體量子相變。在理論上，這兩個量子相變被認為是LaTiO3/SrTiO3界面的島狀超導機制造成的，但是缺乏直接的實驗證據。信息功能材料國家重點實驗室孫銀波、胡濤、狄增峰等研究人員利用在本征Ge(110)/單晶石墨烯上生長無序的錫島陣列，構建了可視化的二維無序超導系統模擬LaTiO3/SrTiO3的島狀超導機制。在磁場調控下，該體系重現了LaTiO3/SrTiO3超導異質界面雙超導絕緣體量子相變現象。通過不同溫度下的磁阻曲線分析，發現這兩個量子相變分別對應錫島內與錫島間的相位關聯，從而證實了雙超導絕緣體量子相變產生的物理機理。



該工作得到上海市學術/技術帶頭人計劃、國家科技重大專項、中科院前沿科學重點研究計劃、國家自然科學基金委面上基金、中科院戰略性先導科技專項（B項）等相關研究計劃的支持。

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