科学家发现非常规超导性的另一种解释

　　美国能源部艾米斯实验室（Ames Laboratory）的物理学家们已经成功地对铁基超导体进行了测量，该超导体处于一种重要但难以实现的状态，此时临界量子涨落支配着物理学。通过一种新的传感技术，他们精确地绘制出了超导态深处的量子相变的图像，而理论上这一现象与超导性密切相关。

　　这种创新的实验装置称为氮空位（NV）磁强计，与先前用于探测超导材料中类似物理性质的装置相比，它具有高灵敏度、无创性以及更高的精确度。

　　“这实在是超导科学中一个令人着迷的结果，它能帮助我们对量子相变如何与超导共存形成一个清晰的认识。”超导相似乎可以保护量子临界行为不受无序性的影响。艾米斯实验室的物理学家Prozorov说：“这太不可思议了！随着我们继续用这套装置研究其他材料，它将有助于回答有关非常规超导性来源的重要理论问题。”

　　研究小组利用氮空位磁强计精确测量了伦敦穿透深度（磁场穿进超导体中，并减弱为超导体表面处强度1/e之时的深度）。伦敦穿透深度与有效电子质量直接相关，而量子涨落影响着有效电子质量，且是量子相变存在的信号。通过系统性测量由Paul Canfield的研究组在艾米斯实验室培育的一种氮族（第五主族）铁化合物Ba(Fe,Co)2As2的不同成分，Prozorov的团队可以绘制出在温度接近绝对零度时，通常隐藏在超导圆顶（superconducting dome）下的量子相变的存在。

　　在艾米斯的低温实验室里，Prozorov带领一组科学家，研究超导体的特殊性质，并试图解开各种量子现象如何影响其性能的谜题。他们专注于开发独特的超高精度和灵敏的实验仪器，以测量超导体行为的光、磁和电信号。氮空位磁强计是由科学家Naufer Nusran和研究生Kamal Joshi在艾姆斯实验室从头开始建造的。这是一种光磁强计，利用了一种特殊的原子缺陷的量子态，这种缺陷被称为氮空位中心，存在于金刚石晶体中。Nusran还设计了一种新颖的方法，利用氮空位中心来测量导致伦敦渗透深度的下临界场。

　　“伦敦穿透深度是描述超导体的最基本参数之一，简单来说它可以告诉你超导体有多稳健，” Prozorov说。“在我大部分研究生涯中，我一直在使用不同的技术测量这个量，氮空位探测代表着实验超导性的重大进步。”

　　七年前，Prozorov的实验室参与了一项国际研究合作，首次发现了量子临界点(QCP)在超导态中存在的明确证据。目前的工作使用了崭新的方法，检测了存在大量无序性的超导系统。综上所述，这些工作证明量子相变和临界涨落不仅与超导性共存，而且可能受超导性保护而不被无序性影响。这些结果是解开铁基超导之谜的另一条重要线索。

　　“然而，要全面探索非常规超导体的科学，我们还有很多工作要做。要做到这一点，我们就必须开发出更新更复杂的量子探测方法。”Nusran说。新的量子探测方法应该能在纳米尺度上探测量子涨落，这将使我们能够更深入地研究高温超导体和其他材料学中，量子相位竞争与共存的关系。“这些新颖的性质最终将阐明超导体和其他量子材料在技术应用方面的限制条件与可行性。”论文发表在《新物理学杂志》（New Journal of Physics）上。