2024年

张定、薛其坤研究团队在高温超导的磁通研究中取得进展

2024-06-07    点击:

第二类超导体在一定外磁场下会形成量子化的磁通涡旋,这些涡旋对超导体的输运性质有着深刻影响。最近,物理系张定/薛其坤研究团队在超薄高温超导铜氧化物中,系统研究了磁通涡旋的热激活行为和能斯特效应,发现涡旋对应的熵与超流密度的指数关系。该研究成果以“超薄欠掺杂铋锶钙铜氧超导的涡旋熵和超导涨落”(Vortex entropy and superconducting fluctuations in ultrathin underdoped Bi2Sr2CaCu2O8+x superconductor)为题在线发表在2024年6月6日的《自然·通讯》(Nature Communications)上。

图1 样品制备的流程图和器件细节展示

张定/薛其坤团队长期致力于高温超导机理研究,在超薄样品制备、调控以及高质量转角约瑟夫森结方面积累了丰富经验,近期在《物理学报》上以邀请综述的形式回顾了过去七年的工作[Acta Phys. Sin. 72, 237402 (2023)]。在最新的研究中,研究团队制备了仅有1.5到2个单元胞厚度的铜氧化物薄膜,其超导转变温度由最佳掺杂(超导转变温度Tc~90 K)一直延伸到了极其欠掺杂的区间(Tc~7 K)。在这些具有高均匀性的样品中,研究团队不仅开展了磁场下电输运测量,还进行了能斯特效应的研究。实验发现,超薄样品的磁通涡旋具有与厚层材料显著不同的热激活行为,反映出维度降低带来的影响。借助这一特性,研究团队定量提取了超流密度这一基本参数,验证了它与超导转变温度间的线性关系。通过系统性的能斯特效应和磁电阻联合测量,研究团队还测定出了磁通涡旋的熵值。实验发现,涡旋熵由最佳掺杂时的2kBkB为玻尔兹曼常数)减少到了欠掺杂时的0.002kB。这一显著下降过程偏离了当前理论所预期的基本恒定的行为,说明人们对磁通涡旋的理解还不完善。结合超流密度与Tc的线性关系,研究团队提出涡旋熵随超流密度下降而指数衰减,该定量关系为建立起完备的磁通动力学理论提供了重要信息。

图2 实验测量得到的超薄铜氧化物样品中的能斯特信号

文章的第一作者为清华大学物理系2018级博士生胡塾绪(已于近日通过博士答辩),通讯作者为北京理工大学物理学院乔佳斌副研究员(原清华大学物理系/北京量子信息科学研究院博士后)、清华大学物理系薛其坤教授和张定副教授。文章的合作者还包括美国布鲁克海文国家实验室的Genda Gu教授。该工作得到了国家科技部、国家自然科学基金委、北京理工大学青年教师学术启动计划等项目的支持。

文章链接:https://rdcu.be/dJ6yJ