科学家在伊辛超导体中发现新的超导状态的第一个证据

在一项开创性的实验中，格罗宁根大学的科学家与荷兰奈梅亨大学和特温特大学以及哈尔滨工业大学(中国)的同事一起发现了2017年首次预测的超导态的存在。

他们在《自然》杂志上提出了FFLO超导态特殊变体的证据。这一发现可能具有重要的应用，特别是在超导电子领域。

该论文的主要作者是Justin Ye教授，他是格罗宁根大学复杂材料器件物理小组的负责人。叶和他的团队一直在研究伊辛超导态。这是一种特殊的状态，可以抵抗通常会破坏超导性的磁场，该团队在2015年对此进行了描述。

2019年，他们创造了一种包含双层二硫化钼的装置，该装置可以耦合位于两层中的伊辛超导状态。有趣的是，Ye和他的团队创造的装置使得使用电场打开或关闭这种保护成为可能，从而产生超导晶体管。

耦合的伊辛超导器件揭示了超导领域的长期挑战。1964年，四位科学家(Fulde，Ferrell，Larkin和Ovchinnikov)预测了一种特殊的超导态，这种态可能在低温和强磁场条件下存在，称为FFLO态。

在标准超导中，电子以库珀对的形式以相反的方向行进。由于它们以相同的速度行进，这些电子的总动量为零。然而，在FFLO状态下，库珀对中的电子之间存在很小的速度差，这意味着存在净动量。

“这种状态非常难以捉摸，只有少数文章声称它在正常超导体中存在，”叶说。“然而，这些都不是决定性的。为了在传统的超导体中产生FFLO状态，需要一个强大的磁场。但磁场所起的作用需要仔细调整。

简单地说，对于磁场扮演的两个角色，我们需要使用塞曼效应。这根据库珀对中的电子自旋方向(磁矩)分离电子，而不是轨道效应 - 通常破坏超导性的另一种作用。“这是超导性和外部磁场之间的微妙谈判，”Ye解释说。

叶和他的合作者在2015年介绍并发表在《科学》杂志上的伊辛超导性抑制了塞曼效应。“通过过滤掉使传统FFLO成为可能的关键成分，我们为磁场发挥其其他作用提供了充足的空间，即轨道效应，”叶说。

“我们在论文中展示的是伊辛超导体中轨道效应驱动的FFLO状态的清晰指纹，”Ye解释说。“这是一个非常规的FFLO状态，在2017年首次在理论上描述。传统超导体中的FFLO状态需要极低的温度和非常强的磁场，这使得它难以产生。然而，在叶的伊辛超导体中，这种状态是在较弱的磁场和较高的温度下达到的。

事实上，Ye在2019年首次在他的二硫化钼超导装置中观察到FFLO状态的迹象。“当时我们无法证明这一点，因为样品不够好，”叶说。然而，他的博士生Puhua Wan已经成功地生产了满足所有要求的材料样本，以证明库珀对中确实存在有限的动量。“实际实验花了半年时间，但对结果的分析又增加了一年，”叶说。Wan是Nature论文的第一作者。