中國儲能網(wǎng)訊：中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學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納米線的超導體-絕緣體轉變研究中取得新進展，相關研究結果在線發(fā)表在美國化學學會Nano Letters 上。
長期以來準一維超導體的超導—絕緣體轉變（SIT）研究一直吸引著很多關注，但是對控制SIT這種轉變的機理還存在爭論。因為在過去的研究中，國際上大多采用熱蒸發(fā)的方法制備納米條帶技術，基本上是研究單元素或二元合金超導體材料，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轉變過程。因此利用單晶超導納米線開展本征的SIT研究對澄清這個問題很有幫助，但制備截面積可控的單晶超導納米線非常困難，國際上一直沒有大的進展。最近田明亮課題組實驗發(fā)現(xiàn)：其SIT是由納米線截面積來控制而不是目前普遍認為的正常態(tài)電阻達到一個普適量子電阻來控制。
Nb2PdS5是近期發(fā)現(xiàn)的一種新型準一維超導體，其晶體由準一維金屬鏈堆垛而成，超導轉變溫度在7.5 K，是研究準一維超導電子結構的理想體系（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)出一維輸運特征，例如I-V曲線上出現(xiàn)與長度有關的臺階等。而隨著納米線逐漸從300nm減小到100nm，納米線超導電性逐漸變弱并最終變?yōu)榻^緣體。有趣的是出現(xiàn)SIT時的納米線直徑遠遠大于理論期待的超導相干長度（～5.4 nm），且轉變前的正常態(tài)電阻也小于理論期待的量子電阻。而在磁場驅動時，超導納米線也表現(xiàn)出類似的SIT轉變。這些納米線的超導轉變過程沒有表現(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。這些結果表明在準一維系統(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。相關的結果為深入理解超導納米線相變過程及其實際應用中開發(fā)超導電子器件提供了重要的信息。
該項研究獲得科技部“973”項目、基金委國家自然科學基金項目的支持。
(a) Nb2PdS5晶體結構圖；(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。
單根Nb2PdS5納米線上不同長度的導電通道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，納米線超導電性逐漸變弱并最終變?yōu)榻^緣體。
