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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“明星”超導(dǎo)材料新性質(zhì)
竹編，是中國(guó)歷史悠久的非遺手工藝技術(shù)之一。在南方竹鄉(xiāng)，農(nóng)閑時(shí)節(jié)，老人們?nèi)宄扇簢谠鹤永铮贿吜奶欤贿吺阜w，把薄薄的竹片編織成竹籃、竹匾等各種器物，其中由正六邊形和三角形交替組成的六角眼，正是最常見的紋樣，它有一個(gè)別稱：籠目。
然而你能想象嗎？這種最常見的竹編紋樣“籠目”，居然與近年來炙手可熱的超導(dǎo)新材料有關(guān)。
a. 我國(guó)傳統(tǒng)竹編工藝中常見的籠目結(jié)構(gòu)；b. 量子材料中晶格的籠目結(jié)構(gòu)。課題組供圖
a. 超導(dǎo)環(huán)中的磁通量子化現(xiàn)象在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度TC和超導(dǎo)臨界電流IC上表現(xiàn)出的超導(dǎo)干涉圖案；b. 光的雙縫干涉現(xiàn)象。課題組供圖
5月15日，西湖大學(xué)特聘研究員林效團(tuán)隊(duì)與西湖大學(xué)講席教授吳從軍團(tuán)隊(duì)、北京理工大學(xué)準(zhǔn)聘教授王秩偉團(tuán)隊(duì)合作，在《自然》發(fā)表相關(guān)研究成果。該研究首次報(bào)道了單一超導(dǎo)器件、CsV3Sb5材料（銫釩銻，以下縮略為CVS）中存在的零磁場(chǎng)超導(dǎo)二極管效應(yīng)和磁通量子化形成的超導(dǎo)干涉圖案，揭示了CVS材料存在時(shí)間反演對(duì)稱性破缺、超導(dǎo)疇，以及可能的環(huán)路超流。
籠目超導(dǎo)材料，專指“結(jié)構(gòu)”（即原子的排布）具有籠目的周期性，且存在超導(dǎo)電性的材料。這種材料晶體構(gòu)型新穎獨(dú)特、電子結(jié)構(gòu)豐富多彩、電子序奇異有趣，擁有許多獨(dú)特的物理性質(zhì)，因而成為超導(dǎo)體領(lǐng)域的焦點(diǎn)。
在超導(dǎo)體中，在滿足特定溫度、磁場(chǎng)的情況下，電流可以“無阻力”地流動(dòng)。這種“好用”的電流叫做超導(dǎo)電流，可以被用于高效率的電力傳輸、高靈敏的傳感及快速的邏輯器件。超導(dǎo)電流有可能被人類靈活操縱嗎？
林效實(shí)驗(yàn)室博士后樂天提出了一個(gè)“大膽”的猜想：CVS這種新型的超導(dǎo)材料，會(huì)不會(huì)具有在零磁場(chǎng)的條件下“天然”具備二極管“天賦”？團(tuán)隊(duì)最終確認(rèn)了實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的零磁場(chǎng)超導(dǎo)二極管效應(yīng)的真實(shí)性，從一定程度證明了CVS在超導(dǎo)態(tài)的時(shí)間反演對(duì)稱性破缺。
在實(shí)驗(yàn)中，他們意外觀看到了一場(chǎng)曼妙舞蹈——超導(dǎo)臨界電流隨磁場(chǎng)變化的周期性振蕩圖案。通過對(duì)CVS器件反復(fù)升降溫測(cè)量，他們發(fā)現(xiàn)零磁場(chǎng)超導(dǎo)二極管的極性以及超導(dǎo)干涉圖案會(huì)發(fā)生改變，從而充分證實(shí)了超導(dǎo)疇的設(shè)想。
吳從軍團(tuán)隊(duì)基于已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果構(gòu)建了超導(dǎo)疇中形成超導(dǎo)環(huán)路的理論模型，給出的理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果定性上符合，初步提供了理論的圖像。
換句話說，他們首次揭示了超導(dǎo)材料CVS此前從未被發(fā)現(xiàn)的一些特質(zhì)，為未來籠目超導(dǎo)材料和超導(dǎo)量子電子學(xué)的研究提供了重要的實(shí)驗(yàn)證據(jù)和實(shí)驗(yàn)方向。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07431-y
