nature communications:“准晶超导”可能是冰山一角

您瞧,Al-Zn-Mg这个合金里,把铝的含量精准地减掉了15%,那它突然就变了模样。不仅依旧超导,而且结构猛地跳到了准晶那儿去。结果临界温度降到了0.05 K,也就是绝对零度往上一点点的地方。这可真有意思,把以前觉得互不相关的准晶和超导两个概念给放到一块儿了。这事儿还上了《Nature Communications》的封面文章呢。 这就好比是在晶体里搞了一场“结构突变”。咱们平时说的晶体都得有重复的单元,准晶呢?它也有对称性,可没有那些重复的格子。所以电子在这玩意儿里头的状态就特别奇怪,既不是完全被束缚住的晶体样子,也不是完全自由散漫的非晶态。 研究组的人发现,当铝含量跌到那个临界值的时候,合金在衍射图案里突然冒出了五重、十重甚至十二重的对称性。这些斑点啊,那是典型的准晶留下的痕迹。 虽说温度这么低,但科学家还是看见了两大经典现象:温度突变时比热突然跳了一下,还有磁场被完全排开的Meissner效应。这说明电子们在接近绝对零度的时候还能聚在一起形成配对,结成零电阻的状态。 那库珀对是怎么形成的呢?以前大家都觉得得靠晶格周期性的势场帮忙。可这准晶既不是完美晶体也不是非晶啊!所以有人就提出了三种猜想。 有一种说只有绝对零度才会出现的特殊电子云在准晶里卡着;还有一种说是电子波函数直接跨过了准晶无序的墙形成了长程相干;最离谱的一种是认为电子之间直接吸引就够了,不需要中间媒介。 结果一看数据,合金的能隙结构跟伦敦穿透深度跟典型的弱耦合超导体特别像。看来“弱耦合”这个路子现在稍微领先点。 通讯作者Noriaki Sato说了个挺有意思的现象:合金的超导性和它的准晶程度其实没多大关系。这跟“脏晶”挺像的——虽然缺陷多但还能保持长程有序。 更让人激动的是准晶自带分形几何特征。要是把分形引入超导波函数里,没准儿就能解释为什么温度这么低还能看见宏观超流呢。 接下来团队打算用更高分辨率的μSR和STM技术来验证这个分形超导电性。如果成功了,“准晶应用的新窗口”可就打开了。从发现超导到破解准晶,科学家们正在把这两种看似对立的状态推向同一个舞台。0.05 K这个“幽灵”可能只是冰山一角——等到测量精度和理论模型都升级了,“准晶超导”说不定就成了下一代量子器件的隐藏钥匙了。