中國粉體網(wǎng)訊  近日，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)、比利時(shí)列日大學(xué)、英國布里斯托大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、比利時(shí)魯汶大學(xué)、中南大學(xué)和丹麥高等研究院的研究人員組成的國際科研團(tuán)隊(duì)，在三維超導(dǎo)多晶金剛石納米線中發(fā)現(xiàn)與量子相滑移相關(guān)的重入電阻態(tài)。相關(guān)成果以“Quantum Depletion of Superconductivity in Three-Dimensional Diamond Nanowires”為題發(fā)表在量子領(lǐng)域旗艦期刊《Advanced Quantum Technologies》上。 

研究背景

基于傳統(tǒng)電子材料的信息技術(shù)正快速逼近其極限。為了開發(fā)新型器件，必須采用先進(jìn)的材料與納米技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)減小體積、提升性能及降低能耗的目標(biāo)。

金剛石作為一種寬帶隙半導(dǎo)體，因其在熱學(xué)、功率與邏輯電子學(xué)以及機(jī)電等領(lǐng)域的卓越性能而受到廣泛關(guān)注。除了為半導(dǎo)體行業(yè)帶來益處之外，金剛石作為新興量子現(xiàn)象的主要材料，還為量子信息技術(shù)的發(fā)展開辟了新的前景，例如，金剛石中帶負(fù)電荷的色心自旋態(tài)已被證實(shí)具有在量子計(jì)算領(lǐng)域的潛力，而鐵磁超導(dǎo)金剛石薄膜中發(fā)現(xiàn)的Yu-Shiba-Rusinov能帶則為實(shí)現(xiàn)拓?fù)浔Ｗo(hù)的量子比特工程奠定了基礎(chǔ)。

研究?jī)?nèi)容

該研究制備的納米線由超導(dǎo)金剛石晶粒組成，而超導(dǎo)晶粒又被橫向高阻晶界分隔開來，因此具有竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)。研究人員從概念上將這些三維納米線視為由約瑟夫結(jié)組成的一維鏈狀結(jié)構(gòu)，并利用Giordano為一維超導(dǎo)體系建立的量子相滑移理論模擬重現(xiàn)了三維金剛石納米線中觀測(cè)到的重入電阻態(tài)。

重硼摻雜多晶金剛石薄膜制備的超導(dǎo)金剛石納米線的可重入電阻態(tài)

這些金剛石納米線直徑遠(yuǎn)大于相干長(zhǎng)度，處于三維超導(dǎo)區(qū)域。低溫下，超導(dǎo)相變被電阻驟升打斷（重入電阻態(tài)）。隨溫度降低，重入電阻態(tài)緩慢衰減為電阻尾，逼近絕對(duì)零度。與電阻溫度依賴性一致，變更磁場(chǎng)與電流時(shí)，重入電阻態(tài)表現(xiàn)為超導(dǎo)相變中的電阻峰。這些發(fā)現(xiàn)與一維超導(dǎo)納米線量子相滑移效應(yīng)特征高度相似。

該研究首次證實(shí)量子相滑移效應(yīng)能對(duì)三維超導(dǎo)系統(tǒng)中的量子凝聚產(chǎn)生重要影響。重入電阻態(tài)的發(fā)現(xiàn)豐富了相位滑移現(xiàn)象學(xué)，新發(fā)現(xiàn)將推動(dòng)納米尺度下超導(dǎo)有序參數(shù)拓?fù)洳▌?dòng)機(jī)制的實(shí)驗(yàn)和理論研究。研究成果表明，超導(dǎo)多晶金剛石納米線有望為量子信息技術(shù)研發(fā)開辟新路徑，如磁通量量子比特和單光子探測(cè)器等。

關(guān)于超導(dǎo)納米線

超導(dǎo)納米線是單光子探測(cè)器、超高品質(zhì)因子微波諧振腔和量子電路等多種先進(jìn)量子器件的基本構(gòu)筑單元，為各種高度先進(jìn)的量子器件（如單光子探測(cè)器和量子電路）的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)系統(tǒng)  圖源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

參考來源：紅外薄膜與晶體，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)官網(wǎng)

論文鏈接 https://doi.org/10.1002/qute.202400476

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）

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