【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】探尋高溫超導(dǎo)體是凝聚態(tài)物理的一個關(guān)鍵科學(xué)問題。與三維和二維超導(dǎo)體相比，準(zhǔn)一維超導(dǎo)體通常對應(yīng)顯著更低的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(Tc)。一個重要原因是準(zhǔn)一維體系往往具有很強(qiáng)的配對漲落效應(yīng)，將破壞超導(dǎo)長程序，導(dǎo)致極低的Tc。此外，準(zhǔn)一維體系普遍存在電子不穩(wěn)定性等問題，將產(chǎn)生競爭相并抑制超導(dǎo)。因此，在真實材料體系中實現(xiàn)高溫準(zhǔn)一維超導(dǎo)體面臨巨大挑戰(zhàn)。
 

　　圖1.基于多軌道弱耦合鏈構(gòu)筑高溫準(zhǔn)一維超導(dǎo)體。(a-d)單(類型)軌道實現(xiàn)的劣勢(e，f)多軌道實現(xiàn)的優(yōu)勢。其多軌道物理包括利用軌道間自摻雜抑制Peierls不穩(wěn)定性和達(dá)到理想帶邊配對條件，以及借助多軌道能帶交叉產(chǎn)生強(qiáng)帶間配對以抑制配對漲落
 

　　近日，清華大學(xué)物理系徐勇、段文暉研究組與北京航空航天大學(xué)司晨課題組針對上述問題，提出了利用多軌道弱耦合鏈構(gòu)筑高溫準(zhǔn)一維超導(dǎo)體的理論方案(圖1)。該方案基于不同軌道間的自摻雜效應(yīng)、多軌道能帶交叉誘導(dǎo)的強(qiáng)帶間配對等物理機(jī)制，可同時抑制Peierls不穩(wěn)定性、削弱配對漲落效應(yīng)，并提升超導(dǎo)配對強(qiáng)度，從而實現(xiàn)魯棒的高溫準(zhǔn)一維超導(dǎo)電性。原理上，該方案普適于具有多軌道特性的不同材料體系，如弱耦合鏈狀晶體和納米線陣列，為實現(xiàn)高溫準(zhǔn)一維超導(dǎo)體開辟了新途徑。
 

　　圖2.鏈狀NaBe的材料實現(xiàn)。(a)晶體結(jié)構(gòu)(b)由多軌道構(gòu)成的準(zhǔn)一維+三維復(fù)合費米面(c)摻雜超導(dǎo)相圖。橫坐標(biāo)為化學(xué)勢，縱坐標(biāo)為電聲耦合強(qiáng)度
 

　　通過第一性原理Eliashberg理論計算，研究團(tuán)隊預(yù)言了候選材料體系——鏈狀NaBe(圖2)。在強(qiáng)帶間耦合保證的魯棒配對下，NaBe的預(yù)測Tc能達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的17.2K。通過摻雜和壓力相圖的預(yù)測，團(tuán)隊還揭示出NaBe中獨特的超導(dǎo)增強(qiáng)機(jī)制，使得其Tc能進(jìn)一步提升至20K以上。該工作不僅為尋找高溫準(zhǔn)一維超導(dǎo)體提供了新思路，也有望促進(jìn)準(zhǔn)一維超導(dǎo)相關(guān)的器件應(yīng)用，如微型超導(dǎo)納米電路等。
 

　　12月6日，相關(guān)研究成果以“以多軌道鏈實現(xiàn)強(qiáng)魯棒準(zhǔn)一維超導(dǎo)體：NaBe為例”(Realizing Strong and Robust Quasi-1D Superconductors via Multiorbital Chains: NaBe as an Example)為題，發(fā)表于《物理評論快報》(Physical Review Letters)。
 

　　清華大學(xué)物理系教授徐勇和北京航空航天大學(xué)副教授司晨為論文的通訊作者，研究組博士后董文翰為論文第一作者。合作者包括清華大學(xué)物理系教授段文暉。研究得到基礎(chǔ)科學(xué)研究中心、國家科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金重點項目、量子科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新計劃、北京市未來芯片技術(shù)高精尖創(chuàng)新中心、北京材料基因工程高精尖創(chuàng)新中心、國家資助博士后研究人員計劃、天津超算中心等項目單位的支持。