今日Science量子相干性：超导-绝缘体过渡中的中间玻色子金属态

【引言】
在二维（2D）无序系统中，由于量子干涉而导致的零温度下的金属态缺失。一致地，当电子在2D无序系统中形成库珀对时，基态应该是超导体或绝缘体。尽管如此，在接近零温度时，通过实验观察到一种反常的金属态，在低温下表现出远低于量子电阻的残余电阻。这种意想不到的金属态的存在和起源引起了激烈的争论。在超低温条件下，实验观察了2D超导体中金属反常态的电阻饱和特性。然而，诸如噪声和载流子过热等外部影响也可能破坏超导体的相干性，这使人们对超导系统中2D金属基态的存在产生了怀疑。相干性是理解2D金属态的关键。如果电子的相干长度在低温下饱和，由于相长量子干扰的减弱，则不应绝对禁止扩散，从而导致在低维电子系统中可能出现金属态。因此，研究2D超导体反常金属态中库柏对的相干性至关重要。

【成果简介】
今日，在北京大学王健副教授、美国 布朗大学James M. Valles Jr.和成都电子科技大学熊杰教授团队（共同通讯作者）带领下，与量子物质科学协同创新中心、中国科学院大学、北京量子信息科学研究院、清华大学和北京师范大学合作，研究了纳米相图案的高温超导薄膜中，如何通过磁导量子振荡在超导体-金属-绝缘体跃迁之间形成量子相干。通过改变薄膜的蚀刻时间来调整相干度。在超导和绝缘状态之间，检测到了一种强介电反常金属态，其特征在于在低温下的饱和电阻和振荡幅度。测量结果表明，反常的金属态是玻色子，相相干的饱和在其形成中起着重要的作用。相关成果以题为“Intermediate bosonic metallic state in the superconductor-insulator transition”发表在了Science。

【图文导读】
图1 纳米孔调制的YBCO薄膜中的超导体-异常金属-绝缘体转变

图2 反常金属态的特征

图3 通过QPT库柏对相干性的演变

图4 纳米高温超导体中无序调谐QPT的相图

文献链接：Intermediate bosonic metallic state in the superconductor-insulator transition（Science，2019，DOI: 10.1126/science.aax5798）
本文由木文韬供稿。

消息来源：微信公众号——材料人