示意圖顯示將掃描磁顯微鏡置于兩個不同樣品上方。一個樣品僅表現(xiàn)出表面超導性,而另一個樣品則表現(xiàn)出常規(guī)超導性。圖片來源:以色列希伯來大學

以色列希伯來大學研究人員在二硒化鈮薄膜中發(fā)現(xiàn)了一種意想不到的超導轉(zhuǎn)變。當這些薄膜的厚度薄于6個原子層時,超導性不在整個材料中均勻分布,而是局限于材料表面。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了先前的假設,對于理解超導性以及開發(fā)先進的量子技術具有重要意義。相關成果發(fā)表于新一期《自然-通訊》雜志。

研究人員對由二硒化鈮制成的薄膜進行了深入研究,這是一種特殊的層狀超導材料,可被精確組裝成厚度只有幾個原子層的結構。通過使用高分辨率磁成像技術,研究人員能夠看到先前方法無法檢測到的細節(jié),測量了這些材料在厚度減小時對磁場的響應。

通常認為,超導材料越厚,其排斥磁場的能力就越強,這一性質(zhì)可用Pearl長度來表征。Pearl長度較小,意味著磁場更容易被排斥,符合超導體的常規(guī)行為。新研究證實,對于厚度超過10個原子層的樣品,這一規(guī)則成立。然而,當薄膜厚度降至3—6層(2—4納米)時,研究人員觀察到了意想不到的現(xiàn)象:Pearl長度急劇增加,并且不再依賴厚度,表明磁場響應特性發(fā)生了變化。這一異常行為打破了原有的理論框架。

研究發(fā)現(xiàn),當厚度低于6個原子層時,超導電流主要集中在頂部和底部表面,而不再均勻分布于整個材料內(nèi)部。

這一結果拓展了對極薄膜超導性的理解,挑戰(zhàn)了現(xiàn)有理論,同時也展現(xiàn)了高精度測量技術在揭示新物理現(xiàn)象方面的潛力,為量子技術的創(chuàng)新應用提供了全新思路。