准晶體中的超導特性

研究人員首次在准晶體中發現超導特性，准晶體就是一種原子會排列成有序圖案的固體材料，但這種材料不具有平移對稱性。Keisuke Kamiya和Noriaki Sato在日本的名古屋大學和同事們通過改變元素的比例共同建立了准晶體的專業金屬合金，並發現當把材料放在一個溫度低於0.05 K時材料會變成一個超導體，這一發現可能會用於實現新的材料，即一種新型的分形超導體。

當電子與晶格中的原子相互作用時，就會產生傳統的超導電性，引起晶格畸變，稱為聲子通過晶體傳播。這些變形包含了大量過剩的正電荷，這些電荷傾向於吸引成對的稱為「庫珀對」的電子。不同於單電子是費米子，庫珀對是一種玻色子，因此可以壓縮在較低的溫度下形成一個超導體流動環境，而沒有電阻。

長有序態

在准晶的原子的長程有序但原子模式不會重演在空間周期性，因此一個準晶體不是晶格結構的。因此，傳統的超導理論不能描述准晶體。

尋找在准晶的超導電性時，團隊設計的鋁合金，鋅和鎂，准晶和晶體結構相，取決於三種金屬的相對丰度。

研究團隊開始研究合金中的「相」階段，在准晶體中製作一些晶體相似的排列，但是是一種晶格的重複空間排列。他們在保持鎂含量幾乎不變的情況下降低了合金的鋁含量，發現實現超導的臨界溫度逐漸減少，從0.8 K變化到0.2 K。「然而，在含有15%鋁時，合金就會轉變為準晶體，其臨界溫度降到0.05 K左右，」Kamiya說。

戲劇性的跳躍

在0.05 K時，准晶體合金的比熱大幅躍升，和內部磁通材料幾乎完全阻斷。這些都是過渡到超導相的重要標誌。

團隊描述的臨界溫度為「非常低」說，這解釋了為什麼它以前難以觀察到超導准晶。對準晶超導體性能的進一步檢查表明，庫珀對的形成產生電子的弱耦合。雖然比較少見，弱耦合常見於其他材料中，包括在本研究中使用的合金相中。

骯髒的超導電性

Sato認為，這種相似性可能意味著觀察到的超導電性是與准晶體合金的性質有關，而「臟超導」發生在不完美的晶體中。

「然而，准晶的理論還預測了另一種形式的超導電性，基於分形幾何在准晶。我們認為，分形超導至少有一些貢獻是很有可能的，我們很高興最終測量它。」

該小組正在研究這種分形幾何與弱耦合電子對之間的相互作用，以探索超導電性的新領域。

這項研究的相關成果已發表在《自然通信（Nature Communications）》雜誌中描述的。

來源：https://physicsworld.com/a/superconductivity-spotted-in-a-quasicrystal/

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