作者格伦达·楚伊，美国国家加速器实验室 SLAC和斯坦福的科学家观察到了一种3D非常规超导体出现的2D超导行为的水坑，这种超导体在异常高温下以100%的效率导电
他们的研究表明，这种所谓的“紧急”行为可能是3D超导体在经历突然转变为绝缘状态之前如何重组自己的，在绝缘状态下，电子被限制在它们的归属原子内，根本无法移动。
学分:格雷格·斯图尔特/SLAC国家加速器实验室 制造一种只有几个原子厚的二维材料，通常是一个需要复杂设备的艰巨过程
因此，科学家们惊讶地看到三维超导体内部出现2D水坑——一种允许电子以100%的效率和零电阻运行的材料——而无需任何提示
在这些水坑中，超导电子就像被限制在一个非常薄的片状平面内，这种情况要求它们以某种方式穿越到另一个维度，在那里应用不同的量子物理规则
领导这项研究的斯坦福大学教授、能源部斯坦福材料与能源科学研究所(SIMES)研究员哈里·马诺哈兰(Hari Manoharan)说:“这是一个突发行为的诱人例子，试图从头开始设计通常很难或不可能复制。”
“就好像当被赋予超导的能力时，”他说，“3D电子自己选择生活在2D世界
" 研究小组称这种新现象为“跨维超导”，在今天《美国国家科学院院刊》的一篇报告中，他们指出，这就是3D超导体在突然转变为绝缘状态之前如何重组自己，在绝缘状态下，电子被限制在它们的归属原子内，根本无法移动
“我们发现的是一个电子以意想不到的方式运行的系统
这就是物理学的美妙之处，”Carolina Parra说，她是SLAC和斯坦福大学的博士后研究员，当时她进行了一些实验，使这个有趣的结果可视化
“我们非常幸运地发现了这种行为
" 电子行为异常 尽管超导性是在一个多世纪前被发现的，但它的实用性受到了限制，因为材料只有在接近深空温度时才会变成超导的
因此，1986年科学家们发现了一种新的、意想不到的超导材料，这种材料可以在更高的温度下工作——尽管仍然非常冷——引发了一场持续至今的研究海啸，目的是弄清楚这种新材料是如何工作的，并开发出在接近室温的温度下工作的版本，用于完美高效的电力线和磁悬浮列车等应用
这项研究始于一种叫做BPBO的高温超导体，它的四种原子成分——钡、铅、铋和氧
它是由斯坦福大学教授和西门子公司研究员伊恩·费希尔的实验室合成的
D
当时的学生
当那里的研究人员对它进行常规测试时，包括确定它在超导相和绝缘相之间转变的转变温度——比如水变成蒸汽或电流——他们意识到，他们的数据显示电子的行为就好像它们被限制在材料内的超薄、2D层或条纹中
这是一个谜，因为BPBO是一种3D超导体，其电子通常可以自由地向任何方向移动
出于好奇，马诺哈兰的团队用扫描隧道显微镜(STM)进行了更仔细的观察，STM是一种可以识别甚至移动材料顶部几个原子层中的单个原子的仪器
卡罗琳娜·帕拉(中)作为斯坦福大学的博士后，进行了使这些有趣的结果可视化的实验，她现在领导着智利瓦尔帕莱索的费德里克·圣玛丽技术大学的一个实验室，专注于纳米生物材料的跨学科研究
她最近获得了一笔资助，获得并操作了南美洲第一台低温扫描隧道显微镜，她计划用它来继续这一领域的研究
信用:卡罗莱纳帕拉 相互作用的水坑 他们发现，这些条纹似乎与物质的原子组织方式或表面的微小凹凸没有关系
帕拉说:“相反，条纹是一层层，电子的行为就好像它们被限制在材料中的2D水坑状区域。”
“水坑之间的距离足够短，以至于电子可以“看见”并以一种允许它们无阻力运动的方式相互作用，这是超导的标志
" 当科学家们小心翼翼地将温度和其他条件调整到超导体变成绝缘体的转变点时，2D水坑出现了
他们的观察结果与超导体中“新出现的电子粒度”理论非常吻合，该理论是由俄亥俄州立大学的南迪尼·特里维迪及其同事提出的
“我们所做的预测违背了超导体的标准范例，”特里维迪说
“通常，超导体越强，打破其超导电子对之间的键所需的能量就越多——这个因素我们称之为能隙
但我的团队预测，在这种特殊类型的无序超导体中，情况正好相反:该系统会在超导性很强的地方形成紧急水坑，但成对的超导体会以比预期低得多的能量断裂
“看到这些预测被斯坦福小组的扫描隧道显微镜测量结果所证实，真是令人激动！” 传播科学 帕拉说，研究结果对制作2D材料有实际意义
她说:“制造2D材料的大多数方法都是工程方法，比如生长几层原子层厚的薄膜，或者在两种材料之间形成一个尖锐的界面，将2D态限制在那里。”
“这提供了一个到达这些2D超导态的额外途径
它更便宜，你不需要需要非常低温度的花哨设备，也不需要几天或几周
唯一棘手的部分是让材料的成分恰到好处
" 帕拉现在在智利瓦尔帕莱索的费德里科圣玛丽亚技术大学领导一个实验室，专注于纳米生物材料的跨学科研究
她最近获得了一笔资助，获得并操作了南美洲第一台低温扫描隧道显微镜，她计划用它来继续这一领域的研究
“当我在实验室里有了这个设备，”她说，“我会把它和我在哈里的实验室里学到的所有东西联系起来，用它来教育新一代的研究人员，我们将在智利从事纳米科学和纳米技术的工作
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
