近日，一項(xiàng)關(guān)于超導(dǎo)材料的研究在國(guó)際物理學(xué)界引起了廣泛關(guān)注。西湖大學(xué)理學(xué)院的吳頡團(tuán)隊(duì)攜手浙江大學(xué)謝燕武的研究組，在LaAlO?/KTaO?（111）（簡(jiǎn)稱LAO/KTO）超導(dǎo)界面中，成功揭示了超導(dǎo)態(tài)及其鄰近量子態(tài)中電子向列性的獨(dú)特演化規(guī)律。這一突破性成果已在頂級(jí)物理學(xué)期刊《Physical Review X》上發(fā)表。

在氧化物異質(zhì)結(jié)界面超導(dǎo)體系中，通過精密地將兩種特定的絕緣材料疊加，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)其界面區(qū)域竟能展現(xiàn)出超導(dǎo)特性。這一超導(dǎo)層的厚度僅為4納米，相當(dāng)于大約10層原子的堆疊。當(dāng)溫度降至某一臨界點(diǎn)時(shí)，界面上的大量電子會(huì)兩兩結(jié)合，形成超導(dǎo)電流，自由流動(dòng)。

為了深入探究這一超導(dǎo)現(xiàn)象，研究團(tuán)隊(duì)利用自主研發(fā)的高精度角分辨電阻測(cè)量技術(shù)，在接近超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，首次清晰地觀測(cè)到了界面電子行為的微妙變化。他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)之前，LAO/KTO界面的電阻并非均勻下降，而是沿著某一特定方向率先顯著降低。這一發(fā)現(xiàn)表明，超導(dǎo)態(tài)并非同時(shí)在整個(gè)界面上出現(xiàn)，而是具有方向選擇性。

隨著研究的深入，科學(xué)家們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在溫度繼續(xù)降低的過程中，電子在某一方向上優(yōu)先配對(duì)凝聚，呈現(xiàn)出一種類似“集體行動(dòng)”的特征。這種方向選擇性打破了原有的各向同性狀態(tài)，形成了所謂的電子向列性。這一發(fā)現(xiàn)為理解超導(dǎo)現(xiàn)象提供了新的視角。

研究團(tuán)隊(duì)還在LAO/KTO的量子金屬態(tài)中觀測(cè)到了電子向列性的存在。他們通過施加垂直磁場(chǎng)來抑制超導(dǎo)態(tài)，發(fā)現(xiàn)盡管超導(dǎo)已被破壞，但界面電阻并未隨溫度降低而趨于零，而是穩(wěn)定在一個(gè)有限值。這一現(xiàn)象被稱為量子金屬態(tài)，其形成機(jī)制至今仍是物理學(xué)界的一大謎團(tuán)。然而，令人驚訝的是，在該狀態(tài)下，電子向列性依然存在，仿佛是超導(dǎo)態(tài)留下的“烙印”。

這一研究成果不僅深化了人們對(duì)二維超導(dǎo)體系中電子行為的理解，還為探索新型量子態(tài)提供了寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論支持?？茖W(xué)家們表示，這將有助于推動(dòng)超導(dǎo)材料和量子計(jì)算等領(lǐng)域的發(fā)展，為未來的科技創(chuàng)新奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

該研究的成功離不開研究團(tuán)隊(duì)的辛勤付出和精密的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。他們利用先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)和深入的理論分析，成功揭示了超導(dǎo)態(tài)及其鄰近量子態(tài)中電子向列性的演化特征，為物理學(xué)界貢獻(xiàn)了一份寶貴的學(xué)術(shù)財(cái)富。

隨著這一研究成果的發(fā)布，國(guó)際物理學(xué)界對(duì)LAO/KTO超導(dǎo)界面的研究興趣將進(jìn)一步增強(qiáng)?？茖W(xué)家們期待未來能夠揭示更多關(guān)于超導(dǎo)現(xiàn)象和量子態(tài)的奧秘，為人類的科技進(jìn)步貢獻(xiàn)更多力量。