中國儲能網(wǎng)訊：中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心研究員田明亮課題組和張昌錦課題組合作在單晶超導(dǎo)納米線的超導(dǎo)體-絕緣體轉(zhuǎn)變研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)研究結(jié)果在線發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會Nano Letters 上。
長期以來準(zhǔn)一維超導(dǎo)體的超導(dǎo)—絕緣體轉(zhuǎn)變（SIT）研究一直吸引著很多關(guān)注，但是對控制SIT這種轉(zhuǎn)變的機(jī)理還存在爭論。因?yàn)樵谶^去的研究中，國際上大多采用熱蒸發(fā)的方法制備納米條帶技術(shù)，基本上是研究單元素或二元合金超導(dǎo)體材料，不同形貌的納米線（顆粒狀、多晶、非晶等）呈現(xiàn)出截然不同的SIT轉(zhuǎn)變過程。因此利用單晶超導(dǎo)納米線開展本征的SIT研究對澄清這個(gè)問題很有幫助，但制備截面積可控的單晶超導(dǎo)納米線非常困難，國際上一直沒有大的進(jìn)展。最近田明亮課題組實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：其SIT是由納米線截面積來控制而不是目前普遍認(rèn)為的正常態(tài)電阻達(dá)到一個(gè)普適量子電阻來控制。
Nb2PdS5是近期發(fā)現(xiàn)的一種新型準(zhǔn)一維超導(dǎo)體，其晶體由準(zhǔn)一維金屬鏈堆垛而成，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度在7.5 K，是研究準(zhǔn)一維超導(dǎo)電子結(jié)構(gòu)的理想體系（Yu et al., JACS 135, 12987 (2013) ）。研究發(fā)現(xiàn)，即使直徑較粗的納米線（~300nm）也表現(xiàn)出一維輸運(yùn)特征，例如I-V曲線上出現(xiàn)與長度有關(guān)的臺階等。而隨著納米線逐漸從300nm減小到100nm，納米線超導(dǎo)電性逐漸變?nèi)醪⒆罱K變?yōu)榻^緣體。有趣的是出現(xiàn)SIT時(shí)的納米線直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論期待的超導(dǎo)相干長度（～5.4 nm），且轉(zhuǎn)變前的正常態(tài)電阻也小于理論期待的量子電阻。而在磁場驅(qū)動時(shí)，超導(dǎo)納米線也表現(xiàn)出類似的SIT轉(zhuǎn)變。這些納米線的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變過程沒有表現(xiàn)出量子相移（QPS）隧穿行為，而是能夠被熱激活的相移理論（TAPS）來描述。這些結(jié)果表明在準(zhǔn)一維系統(tǒng)中，由于尺寸收縮而提高的庫倫相互作用與金屬鏈間的約瑟夫森相互作用之間的競爭在SIT中起著非常重要的作用。相關(guān)的結(jié)果為深入理解超導(dǎo)納米線相變過程及其實(shí)際應(yīng)用中開發(fā)超導(dǎo)電子器件提供了重要的信息。
該項(xiàng)研究獲得科技部“973”項(xiàng)目、基金委國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。
(a) Nb2PdS5晶體結(jié)構(gòu)圖；(b) Nb2PdS5單晶納米線的SEM圖像；(c) Nb2PdS5單晶納米線TEM圖像。(c) Nb2PdS5單晶納米線高分辨率TEM圖像及衍射斑點(diǎn)。
單根Nb2PdS5納米線上不同長度的導(dǎo)電通道V-I曲線隨溫度和磁場的變化
不同截面積的Nb2PdS5納米線電阻隨溫度的變化曲線，隨著納米線截面積減小，納米線超導(dǎo)電性逐漸變?nèi)醪⒆罱K變?yōu)榻^緣體。
