哥侖阻力是一種影響兩個電子電路的現(xiàn)象，其中一個電路中的充電電流僅通過所謂的科侖相互作用在相鄰電路中感應(yīng)出響應(yīng)電流。這些是電荷之間的靜電相互作用，遵循庫侖定律，庫侖定律是描述經(jīng)典電動力學(xué)的關(guān)鍵物理理論。

通常，使用由導(dǎo)電材料或電導(dǎo)體制成的相鄰電路來研究這種現(xiàn)象。這些本質(zhì)上是電流可以輕松流動的材料。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究人員最近探索了當一個電路基于導(dǎo)體而相鄰的電路基于超導(dǎo)體(即對電流沒有任何電阻的材料)時會發(fā)生什么。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《自然物理學(xué)》上，表明在這些情況下，阻力響應(yīng)明顯大于以前使用兩個法向?qū)w的研究中觀察到的阻力響應(yīng)。

“兩個電隔離導(dǎo)體之間的阻力實驗一直是檢測基本激勵和揭示層間相干性的有效方法，”進行這項研究的研究人員之一Changgan Zeng告訴 Phys.org。“用超導(dǎo)體替換其中一根導(dǎo)體可能會為檢查超導(dǎo)性和波動效應(yīng)以及探索操縱超導(dǎo)體電路的新技術(shù)提供機會。

第一次使用導(dǎo)體和超導(dǎo)體的阻力實驗是在1990年代進行的。然而，當時使用的器件是基于傳統(tǒng)的金屬超導(dǎo)雙膜，如Au / Ti-AlOX.

在這些實驗中觀察到的阻力反應(yīng)相當弱且不受控制。此外，研究人員無法澄清他們觀察到的阻力效應(yīng)的微觀起源。

“多虧了新出現(xiàn)的二維(2D)材料，我們能夠重新審視這個問題，因為那里的電子特性是高度可調(diào)的，超小的層間分離也是可存檔的，”林李說，他與Zeng一起設(shè)計和監(jiān)督這項工作。

“由曾教授領(lǐng)導(dǎo)的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)實驗小組在制造設(shè)備和研究二維材料的傳輸特性方面擁有豐富的經(jīng)驗。我們自然而然地設(shè)計了獨特的石墨烯-LaAlO3/SrTiO3用于研究極限二維極限阻力效應(yīng)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

Zeng和他的同事在實驗中使用的異質(zhì)結(jié)構(gòu)是使用鋁酸鑭(LAO)層作為導(dǎo)體石墨烯和2D電子氣體之間的天然絕緣間隔物制造的，該氣體在LAO和鈦酸鍶(STO)層之間的界面處形成，鈦酸鍶(STO)層在低溫下成為超導(dǎo)體。

然后，研究人員調(diào)整了其系統(tǒng)的多個參數(shù)，包括其溫度，磁場和柵極電壓。當他們這樣做時，他們在LAO / STO界面的超導(dǎo)過渡狀態(tài)中觀察到一個相當大的可調(diào)阻力信號。

“最佳無源有源比(PAR)遠高于兩個正常導(dǎo)體之間以及Au / Ti和SC AlO之間的典型阻力信號x在現(xiàn)有研究中獲得，“李說。“PAR的巨大值和異常溫度以及載流子依賴性表明，在我們的觀測背后隱藏著一種新的阻力機制。

最近搬到俄克拉荷馬大學(xué)的北京量子信息科學(xué)研究院理論物理學(xué)家謝洪毅博士使用現(xiàn)代量子多體理論來解釋該團隊的觀察結(jié)果。更具體地說，他對庫侖耦合的法向?qū)w與超導(dǎo)體配對時會發(fā)生什么進行了理論描述。

“最終，我們發(fā)現(xiàn)觀察到的阻力現(xiàn)象可以歸因于約瑟夫森結(jié)陣列超導(dǎo)體SC相的量子漲落與法導(dǎo)體中的電荷密度之間的動態(tài)耦合，我們稱之為約瑟夫森 - 科倫布(JC)阻力效應(yīng)，”Zeng說。“揭開的JC拖曳效應(yīng)在阻力物理學(xué)中創(chuàng)造了一個新的類別，并體現(xiàn)了量子漲落在主導(dǎo)層間過程中的獨特作用。

這組研究人員最近的研究表明，正常導(dǎo)體和超導(dǎo)體之間的阻力響應(yīng)可能比兩個正常導(dǎo)體之間的阻力響應(yīng)大得多。這一發(fā)現(xiàn)可能對物理學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。

研究人員公布的JC阻力可能被證明對創(chuàng)造新的電子產(chǎn)品特別有希望。具體來說，它可能有助于創(chuàng)建基于超導(dǎo)體的組件，這些組件可以用作電流或電壓互感器。

“在我們的下一個工作中，我們首先想在兩個2D超導(dǎo)體之間進行阻力實驗，”Zeng補充道。“此外，我們計劃研究更廣泛的2D系統(tǒng)之間的緊急層間耦合，這些系統(tǒng)通過參數(shù)調(diào)整表現(xiàn)出各種量子相，即2D拓撲半金屬/絕緣體和2D鐵磁體。我們的目標是發(fā)現(xiàn)由于各種基本激發(fā)之間的強層間耦合而產(chǎn)生的新穎的多體效應(yīng)。

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