(a) Nb2PdS5晶體結構圖；(b) Nb2PdS5單晶納米線(xiàn)的SEM圖像；(c) Nb2PdS5單晶納米線(xiàn)TEM圖像。(c) Nb2PdS5單晶納米線(xiàn)高分辨率TEM圖像及衍射斑點(diǎn)。 （中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場(chǎng)科學(xué)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(xiàn)的超導體-絕緣體轉變研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)研究結果在線(xiàn)發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會(huì )Nano Letters 上。
長(cháng)期以來(lái)準一維超導體的超導—絕緣體轉變（SIT）研究一直吸引著(zhù)很多關(guān)注，但是對控制SIT這種轉變的機理還存在爭論。因為在過(guò)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(shù)，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(xiàn)（顆粒狀、多晶、非晶等）呈現出截然不同的SIT轉變過(guò)程。因此利用單晶超導納米線(xiàn)開(kāi)展本征的SIT研究對澄清這個(gè)問(wèn)題很有幫助，但制備截面積可控的單晶超導納米線(xiàn)非常困難，國際上一直沒(méi)有大的進(jìn)展。最近田明亮課題組實(shí)驗發(fā)現：其SIT是由納米線(xiàn)截面積來(lái)控制而不是目前普遍認為的正常態(tài)電阻達到一個(gè)普適量子電阻來(lái)控制。
Nb2PdS5是近期發(fā)現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，即使直徑較粗的納米線(xiàn)（~300nm）也表現出一維輸運特征，例如I-V曲線(xiàn)上出現與長(cháng)度有關(guān)的臺階等。而隨著(zhù)納米線(xiàn)逐漸從300nm減小到100nm，納米線(xiàn)超導電性逐漸變弱并最終變?yōu)榻^緣體。有趣的是出現SIT時(shí)的納米線(xiàn)直徑遠遠大于理論期待的超導相干長(cháng)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(chǎng)驅動(dòng)時(shí)，超導納米線(xiàn)也表現出類(lèi)似的SIT轉變。這些納米線(xiàn)的超導轉變過(guò)程沒(méi)有表現出量子相移（QPS）隧穿行為，而是能夠被熱激活的相移理論（TAPS）來(lái)描述。這些結果表明在準一維系統中，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(zhù)非常重要的作用。相關(guān)的結果為深入理解超導納米線(xiàn)相變過(guò)程及其實(shí)際應用中開(kāi)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(xué)基金項目的支持。
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