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反常量子格里菲思奇异性的发现
北京大学量子材料中心王健研究组在硅衬底上外延生长了高质量超薄晶态铅膜,与北京大学谢心澄院士、林熙研究员和北京师范大学刘海文研究员合作在极低温下观测到反常量子格里菲斯奇异性,并给出理论解释。这一发现揭示了超导涨落与自旋轨道耦合效应对于量子相变的重要影响,揭示出量子格里菲斯奇异性在二维超导金属相变中的普适性。 超导-绝缘体与超导-金属相变是量子相变的经典范例,已有三十余年的研究历史。所谓量子相变,是指在绝对零度下系统处于量子基态时随着参数变化而发生的相变。近年来,随着薄膜和器件制备工艺的提高,二维晶态超导体系逐渐成为了研究量子相变的理想平台,得到了国际学术界的广泛关注。王健研究组与谢心澄院士、马旭村研究员、林熙研究员、薛其坤院士等合作者在前期二维超导的相关研究中发现了超导-金属相变中的量子格里菲斯奇异性 (Science 350, 542 (2015)), 并被同期perspective评论文章Science 350, 509 (2015)专题报道。随后被液态栅极技术发明人东京大学Iwasa教授的综述文章Nature Reviews Materials 2, 16094 (2016)誉为二维晶态超导中三个最重要的主题之一。量子格里菲斯奇异性的研究表明,无序可以定性地改变量子相变的临界行为,其主要特征是趋于量子临界点时,二维超导体系的动力学临界指数发散。 最近,王健研究组通过超高真空分子束外延生长技术在硅衬底上制备出宏观尺度高质量晶态薄膜,并实现了厚度为亚纳米尺度的原子层级可控生长。在此基础上,王健教授与谢心澄院士、林熙研究员、刘海文研究员等人合作,在4个原子层厚(约1纳米)的晶态铅膜中发现了一种具有反常相边界的超导-金属相变,并揭示了其中的反常量子格里菲斯奇异性。根据平均场理论,超导体的上临界场会随着温度降低而逐渐增加。然而,系统的极低温实验表明,4个原子层厚的铅膜的相边界在低温下具有非常新奇的反常特性:随着温度降低,铅膜的上临界场(onset Bc2)在低温下也逐渐降低。沿着反常相边界对铅膜的磁阻曲线进行标度理论分析发现,在趋近于量子临界点附近临界指数随着磁场减小而迅速增大直至发散,该现象与前期实验中发现的临界指数随着磁场增大而发散的行为不同,故称为反常量子格里菲斯奇异性。考虑到这类二维超导体系具有很强的自旋轨道耦合,研究团队基于超导涨落理论发展了一套新的唯象理论模型,定量地解释了这一反常相边界。在自旋轨道耦合与超导涨落效应的共同作用下,超导-金属相边界偏离平均场理论而向外突出,并在反常相边界处呈现出量子格里菲斯奇异性。这一新奇量子相变的发现,证实了量子格里菲斯奇异性在不同相边界的超导-金属相变中具有普适性,并进一步揭示出自旋轨道耦合与超导涨落效应对于超导-金属相变的影响,为深入理解二维晶态超导体中的量子相变现象提供了一个新的视角。图1 四个原子层厚晶态铅膜中的反常量子格里菲斯奇异性。(a) 铅膜在零磁场下的超导转变曲线。插图是输运测量结构示意图。(b) 在0到5特斯拉不同外加磁场下铅膜电阻随温度的变化曲线。 (c) 铅膜在低温下表现出反常相边界,与超导涨落唯象理论模型一致。 (d) 临界指数随着磁场减小而迅速增大,直至发散,是反常量子格里菲斯奇异性的特征。图2 反常量子格里菲斯奇异性相图示意图。在自旋轨道耦合和超导涨落的作用下,平均场理论的相边界(蓝色虚线)向外突出形成新的相边界(红色实线)。当温度低于T^'时,红色实线代表反常相边界。沿着反常相边界趋于无限随机量子临界点B_c^*可以观测到反常量子格里菲斯奇异性。 该工作于2019年8月12日发表于著名学术期刊《自然∙通讯》。(Nature Communications 10, 3633 (2019) DOI: 10.1038/s41467-019-11607-w): https://www.nature.com/articles/s41467-019-11607-w 北京大学王健研究组博雅博士后刘易和研究生王子乔为文章共同第一作者,北京大学王健教授和北京师范大学刘海文研究员是本文的共同通讯作者。其余作者包括谢心澄院士,林熙研究员,以及王健研究组本科生唐钺、博士生刘超飞、陈澄、邢颖(已毕业)、博士后王庆艳(已出站),和林熙组博士生闪普甲。 该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、量子物质科学协同创新中心、中科院卓越创新中心、北京市自然科学基金、博士后科学基金、中央高校基本科研基金的支持。
北京大学 2021-04-11
热重分析仪
热重分析法(TG、TGA)是在升温、恒温或降温过程中,观察样品的质量随温度或时间的变化,目的是研究材料的热稳定性和组份。广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控。
上海和晟仪器科技有限公司 2025-05-06
同步热分析仪
同步热分析将热重分析 TG 与差热分析 DTA 或差示扫描量热 DSC 结合为一体,在同一次测量中利用同一样品可同步得到热重与差热信息。
上海和晟仪器科技有限公司 2025-05-06
数码热转移印花毯
毯带采用耐高温芳纶纤维,使用温度可达到250℃,克重3100g/㎡,厚度达8mm,是各种面料、窗帘布、装饰布转移印花专用毯带。    基布耐高温转移印花毯具有毯面平整,毯身柔软,不易开裂及使用寿命长等优点,热定型后,毛毯宽幅收缩率在3%。伸长率范围之内。在国内外市场上深受欢迎。  适用于:各类台湾、国产和进口转移印花机等。
上海芸英工业皮带有限公司 2025-01-09
差示扫描量热仪
差示扫描量热仪是一种测量参比端与样品端的热流差与温度参数关系的热分析仪器,主要应用于测量物质加热或冷却过程中的各种特征参数:玻璃化转变温度Tg、氧化诱导期OIT、熔融温度、结晶温度、比热容及热焓等。
上海和晟仪器科技有限公司 2025-05-06
云上高博会热搜榜(7.28-8.3)TOP10企业、高校榜单来啦​
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云上高博会 2025-08-04
磁光克尔效应系统
产品详细介绍磁光效应系统是研究磁性薄膜、磁性微结构以及样品磁化强度和样品各向异性最理想的测量工具。是一种基于磁光效应原理设计的超高灵敏度磁强计.具有测量精度高、测量时间短等优点。可以产生平滑、稳定的受控磁场,并且磁场平滑过零。可以逐点测量也可以扫描测量,方便易懂的测量软件以及友好的交互界面为测量提供了有力保障。本套磁光效应系统是广大科研工作者的有利工具.磁光克尔系统功能和特点:测量灵敏度高,准确度高。非接触式测量,是一种无损测量。可以测量同一样品厚度不等的楔形磁性薄膜。可以将样品放到真空中原位测量。可以测量同一样品不同部位的磁化情况。
北京东方晨景科技有限公司 2021-08-23
光电效应演示器
宁波浪力仪器有限公司(余姚市朗海科教仪器厂) 2021-08-23
芯片热设计自动化系统
TDA(芯片热设计自动化)软件是清华航院曹炳阳教授团队全自主研发的国际首个芯片跨尺度热仿真与设计系统。TDA软件可实现芯片从纳米至宏观尺寸的热设计与仿真,支持芯片微纳结构内部热输运过程的模拟研究,直接提高芯片热仿真精度与结温预测准确度,进而提高芯片性能、寿命和可靠性。
清华大学 2025-05-16
3/2偶数分母量子霍尔平台的实验观测
从理论物理学家安德森“more is different”的观点提出以来,人们越来越多地意识到多体系统中可以出现丰富的、与单个粒子性质不同的新物理规律。在二维自由电子系统中,大量相互作用的二维电子构成一个强关联体系。在特定条件下,系统哈密顿算符中的电子间长程库伦相互作用主导了系统的物理性质。这是一个无参数的理论问题,也是一个无法微扰处理的问题。多体问题的复杂和有趣在这里体现得淋漓尽致:携带单位电荷的一群电子可以产生携带小于单位电荷的准粒子。 极低温强磁场中的超高迁移率二维电子气可以出现分数量子霍尔效应。奇数分母的分数量子霍尔态有唯一的基态:复合费米子的整数量子霍尔效应或复合玻色子的玻色爱因斯坦凝聚。单层二维电子气中填充因子为5/2的分数态是罕有的偶数分母态的例子,它可能对应了p波配对的复合费米子,拥有拓扑保护的多简并基态波函数,其准粒子可能服从非阿贝尔统计。5/2态是第一个被认为可以用于拓扑量子计算的实验体系。3/2填充因子处,原有的实验结果和理论框架支持复合费米子海的解释,即不存在3/2分数态,也不应该存在分数量子霍尔平台。图:不同门电压条件下的磁场依赖关系,随着门电压改变局域条件,5/3的量子霍尔平台逐渐演变为令人意外的3/2平台。[Nature Communications 10, 4351 (2019)] 量子材料科学中心于2016年观测到了3/2偶数分母分数量子霍尔平台,该工作于2017年10月投稿,2019年9月26日在线发表于《自然.通讯》(https://doi.org/10.1038/s41467-019-12245-y)。林熙课题组的付海龙(2017年毕业,现为Penn State University校级荣誉Eberly Research Fellow)为此现象的观测者,二维电子气样品由普林斯顿大学L. N. Pfeiffer提供。实验发现,3/2平台的量子化程度高达0.02%,只在二维电子气被局域的特定条件下出现,这意味着带合适边界条件的多体体系可能有与无边界条件时不一样的量子态存在。 当局域结构中形成3/2平台时,局域结构外是5/3分数态,所以1/6量子电导被反射了。1/6的量子电导不属于通常理论框架下的任何边界态,所以它的出现可能预示着新的边界态以及新的准粒子的出现。量子中心的谢心澄老师和他的学生吴宜家对此给出理论分析,提出隧穿强度的变化在局域结构附近引起拓扑相变,从而导致分数电荷的再次量子化。5/3分数态的准粒子携带的电荷是e/3,1/6电导的出现可能是5/3态的准粒子继续1/2量子化的结果,所以理论预言了一个携带e/6分数电荷的新激发。
北京大学 2021-04-11
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