科學家發現“明星”超導材料新性質
竹編，是中國歷史悠久的非遺手工藝技術之一。在南方竹鄉，農閑時節，老人們三五成群圍坐在院子里，一邊聊天，一邊十指翻飛，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新材料有關。
a. 我國傳統竹編工藝中常見的籠目結構；b. 量子材料中晶格的籠目結構。課題組供圖
a. 超導環中的磁通量子化現象在超導轉變溫度TC和超導臨界電流IC上表現出的超導干涉圖案；b. 光的雙縫干涉現象。課題組供圖
5月15日，西湖大學特聘研究員林效團隊與西湖大學講席教授吳從軍團隊、北京理工大學準聘教授王秩偉團隊合作，在《自然》發表相關研究成果。該研究首次報道了單一超導器件、CsV3Sb5材料（銫釩銻，以下縮略為CVS）中存在的零磁場超導二極管效應和磁通量子化形成的超導干涉圖案，揭示了CVS材料存在時間反演對稱性破缺、超導疇，以及可能的環路超流。
籠目超導材料，專指“結構”（即原子的排布）具有籠目的周期性，且存在超導電性的材料。這種材料晶體構型新穎獨特、電子結構豐富多彩、電子序奇異有趣，擁有許多獨特的物理性質，因而成為超導體領域的焦點。
在超導體中，在滿足特定溫度、磁場的情況下，電流可以“無阻力”地流動。這種“好用”的電流叫做超導電流，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。超導電流有可能被人類靈活操縱嗎？
林效實驗室博士后樂天提出了一個“大膽”的猜想：CVS這種新型的超導材料，會不會具有在零磁場的條件下“天然”具備二極管“天賦”？團隊最終確認了實驗觀測到的零磁場超導二極管效應的真實性，從一定程度證明了CVS在超導態的時間反演對稱性破缺。
在實驗中，他們意外觀看到了一場曼妙舞蹈——超導臨界電流隨磁場變化的周期性振蕩圖案。通過對CVS器件反復升降溫測量，他們發現零磁場超導二極管的極性以及超導干涉圖案會發生改變，從而充分證實了超導疇的設想。
吳從軍團隊基于已有的實驗結果構建了超導疇中形成超導環路的理論模型，給出的理論計算與實驗結果定性上符合，初步提供了理論的圖像。
換句話說，他們首次揭示了超導材料CVS此前從未被發現的一些特質，為未來籠目超導材料和超導量子電子學的研究提供了重要的實驗證據和實驗方向。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07431-y
