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栅极诱导钛酸锶极性超导体中的不可逆传输

在材料科学中,在氧化物表面或界面处实现的二维电子系统(2DES)是在快速出现的量子场中实现新型物理特性和功能的有前途的候选者。虽然2-DES为奇异的量子事件提供了重要的平台,包括量子霍尔效应和超导性,对称破坏的效应; 从无序状态到更确定的状态的跃迁,在这种量子相位上仍然难以捉摸。不可逆的电传输或与电流方向有关的电阻是反演对称性破坏(偶极子存在)的探针,如在几个非中心对称晶体和接口。在一份新的报告中,Yuki M. Itahashi和日本和美国的应用物理学,纳米系统和材料科学领域的科学家团队报告了由超导材料钛酸锶(SrTiO 3)制成的二维超导体表面的不可逆传输。。研究小组观察到超导波动区域中不可逆区域的巨大增强,比其正常状态大六个数量级。该结果现已发表在《科学进展》上,展示了二维极性超导体的空前特性。

极性导体或超导体是用于量子传输和自旋电子学功能的潜在材料平台,其固有的不可逆传输反映了时间反转对称破坏(即破坏熵守恒)的难以捉摸的性质。最近的实验已经扩展到超导状态,以观察到较大的不可逆反应,物理学家热衷于研究简单电子系统中围绕超导跃迁的不可逆性。为此,板桥等。在SrTiO 3的原子平面上设计了铬/金(Cr / Au)电极,并在其顶部放置了离子液体以形成双电层晶体管(EDLT),用于实现Rashba超导体;基于Rashba效应,在SrTiO 3材料表面上采用离子门控技术。然后,科学家使用标准的锁定技术测量一次和二次谐波电子传输,以测量不可逆的电荷传输并量化系统中的时间反转对称性。不可逆传输也是识别库珀对的有效工具,其中一对电子克服了它们通常的排斥力,从而共享超导体中不可逆顺导电性的量子态,Itahashi等人。还打算在Rashba超导体中进行量化。

科学家最初详细描述了在正常和超导状态下垂直于电流(I)的栅极电压为5.0 V时,与。结果表明,在低电流限值(I = 0.05μA)时,温度存在依赖性。然后,他们专注于二次谐波电阻(SHR),并将在SrTiO 3表面观察到的不可逆电荷传输归因于超导波动区域和正常状态下的极性对称。研究小组在磁场中观察到了栅诱导的2-D SrTiO 3中的磁传输。(B)的,与超导转变附近的线性电阻相对应的一次谐波电阻(FHR),在超导波动区域中增强了不可逆的传输。为了比较正常状态和超导波动区域之间的不可逆大小,他们计算了不可逆磁阻系数(γ),该系数取决于区域内的温度。

该小组随后在正常状态和超导波动区域中测量了二次谐波信号对电流(I)的依赖性。在正常状态下,SHR对电流几乎呈线性依赖性。在磁场强度为0.1 Tesla的超导波动区域中,SHR线性增加,在1 µA附近达到最大值,并被抑制-表示通过大电流抑制了超导。

为了进一步研究系统中不可逆超导传输的起源,科学家测量了过渡过程中FHR和SHR 的温度依赖性。为此,他们注意到在不同温度下FHR和SHR的磁场依赖性,并特别观察到SHR在超导传输过程中会大大增强。虽然板桥等。在施加相对大的电流和面内磁场的情况下,他们在最低温度下记录了零电阻状态。结果表明存在Berenzinskii-Kosterlitz-Thouless过渡(BKT过渡),以诺贝尔奖的凝聚态物理学家团队命名。它描述了由XY模型近似的凝聚态物理中二维系统中的相变,以了解超导体中异常的相或状态。

这样,Yuki M. Itahashi和同事 提出了在磁场内非中心对称(无反对称)二维超导体中的不可逆传输。不可逆的传输源于从正常状态到超导状态的幅度波动。在实验中观察到的不可逆磁阻系数(γ)的温度依赖性与极性二维超导体中热激发的涡旋和反涡旋的自由运动的微观理论图非常吻合。因此,不可逆响应是了解非中心对称超导体性质的有力工具。

板桥等。相信非双向运输可以在具有极性对称性的界面超导系统中,不同材料的普遍存在。结果提供了有关超导以前未知功能的信息,以及有关非中心对称超导体中电子状态和配对机制的重要信息,这是进一步研究的重要课题。这项工作强调了在界面超导系统中的不可逆传输,例如栅极诱导的二维超导体SrTiO 3。该团队研究了不可逆传输从正常状态到超导状态的显着跃迁,作为系统中不可逆传输的巨大增强的直接证据。结果为极性超导体提供了重要的见识,并为寻找迄今未知的二维氧化物界面和超导体的新兴特性和功能铺平了新途径。

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