（圖片來源：艾姆斯實驗室）

美國能源部艾米斯實驗室（Ames Laboratory）的物理學家們(men) 已經成功地對鐵基超導體(ti) 進行了測量，該超導體(ti) 處於(yu) 一種重要但難以實現的狀態，此時臨(lin) 界量子漲落支配著物理學。通過一種新的傳(chuan) 感技術，他們(men) 精確地繪製出了超導態深處的量子相變的圖像，而理論上這一現象與(yu) 超導性密切相關(guan) 。

這種創新的實驗裝置稱為(wei) 氮空位（NV）磁強計，與(yu) 先前用於(yu) 探測超導材料中類似物理性質的裝置相比，它具有高靈敏度、無創性以及更高的精確度。

“這實在是超導科學中一個(ge) 令人著迷的結果，它能幫助我們(men) 對量子相變如何與(yu) 超導共存形成一個(ge) 清晰的認識。”超導相似乎可以保護量子臨(lin) 界行為(wei) 不受無序性的影響。艾米斯實驗室的物理學家Prozorov說：“這太不可思議了！隨著我們(men) 繼續用這套裝置研究其他材料，它將有助於(yu) 回答有關(guan) 非常規超導性來源的重要理論問題。”

研究小組利用氮空位磁強計精確測量了倫(lun) 敦穿透深度（磁場穿進超導體(ti) 中，並減弱為(wei) 超導體(ti) 表麵處強度1/e之時的深度）。倫(lun) 敦穿透深度與(yu) 有效電子質量直接相關(guan) ，而量子漲落影響著有效電子質量，且是量子相變存在的信號。通過係統性測量由Paul Canfield的研究組在艾米斯實驗室培育的一種氮族（第五主族）鐵化合物Ba(Fe,Co)2As2的不同成分，Prozorov的團隊可以繪製出在溫度接近絕對零度時，通常隱藏在超導圓頂（superconducting dome）下的量子相變的存在。

在艾米斯的低溫實驗室裏，Prozorov帶領一組科學家，研究超導體(ti) 的特殊性質，並試圖解開各種量子現象如何影響其性能的謎題。他們(men) 專(zhuan) 注於(yu) 開發獨特的超高精度和靈敏的實驗儀(yi) 器，以測量超導體(ti) 行為(wei) 的光、磁和電信號。氮空位磁強計是由科學家Naufer Nusran和研究生Kamal Joshi在艾姆斯實驗室從(cong) 頭開始建造的。這是一種光磁強計，利用了一種特殊的原子缺陷的量子態，這種缺陷被稱為(wei) 氮空位中心，存在於(yu) 金剛石晶體(ti) 中。Nusran還設計了一種新穎的方法，利用氮空位中心來測量導致倫(lun) 敦滲透深度的下臨(lin) 界場。

“倫(lun) 敦穿透深度是描述超導體(ti) 的最基本參數之一，簡單來說它可以告訴你超導體(ti) 有多穩健，” Prozorov說。“在我大部分研究生涯中，我一直在使用不同的技術測量這個(ge) 量，氮空位探測代表著實驗超導性的重大進步。”

七年前，Prozorov的實驗室參與(yu) 了一項國際研究合作，首次發現了量子臨(lin) 界點(QCP)在超導態中存在的明確證據。目前的工作使用了嶄新的方法，檢測了存在大量無序性的超導係統。綜上所述，這些工作證明量子相變和臨(lin) 界漲落不僅(jin) 與(yu) 超導性共存，而且可能受超導性保護而不被無序性影響。這些結果是解開鐵基超導之謎的另一條重要線索。

“然而，要全麵探索非常規超導體(ti) 的科學，我們(men) 還有很多工作要做。要做到這一點，我們(men) 就必須開發出更新更複雜的量子探測方法。”Nusran說。新的量子探測方法應該能在納米尺度上探測量子漲落，這將使我們(men) 能夠更深入地研究高溫超導體(ti) 和其他材料學中，量子相位競爭(zheng) 與(yu) 共存的關(guan) 係。“這些新穎的性質最終將闡明超導體(ti) 和其他量子材料在技術應用方麵的限製條件與(yu) 可行性。”論文發表在《新物理學雜誌》（New Journal of Physics）上。

翻譯：王麟濤

審校：戴晨

引進來源：艾姆斯實驗室

引進鏈接：https://phys.org/news/2020-05-scientists-clue-unconventional-superconductivity.html

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