研究揭示了正常导体和超导体之间的大可调阻力响应

哥仑阻力是一种影响两个电子电路的现象，其中一个电路中的充电电流仅通过所谓的科仑相互作用在相邻电路中感应出响应电流。这些是电荷之间的静电相互作用，遵循库仑定律，库仑定律是描述经典电动力学的关键物理理论。

通常，使用由导电材料或电导体制成的相邻电路来研究这种现象。这些本质上是电流可以轻松流动的材料。

中国科学技术大学的研究人员最近探索了当一个电路基于导体而相邻的电路基于超导体(即对电流没有任何电阻的材料)时会发生什么。他们的研究结果发表在《自然物理学》上，表明在这些情况下，阻力响应明显大于以前使用两个法向导体的研究中观察到的阻力响应。

“两个电隔离导体之间的阻力实验一直是检测基本激励和揭示层间相干性的有效方法，”进行这项研究的研究人员之一Changgan Zeng告诉 Phys.org。“用超导体替换其中一根导体可能会为检查超导性和波动效应以及探索操纵超导体电路的新技术提供机会。

第一次使用导体和超导体的阻力实验是在1990年代进行的。然而，当时使用的器件是基于传统的金属超导双膜，如Au / Ti-AlOX.

在这些实验中观察到的阻力反应相当弱且不受控制。此外，研究人员无法澄清他们观察到的阻力效应的微观起源。

“多亏了新出现的二维(2D)材料，我们能够重新审视这个问题，因为那里的电子特性是高度可调的，超小的层间分离也是可存档的，”林李说，他与Zeng一起设计和监督这项工作。

“由曾教授领导的中国科学技术大学实验小组在制造设备和研究二维材料的传输特性方面拥有丰富的经验。我们自然而然地设计了独特的石墨烯-LaAlO3/SrTiO3用于研究极限二维极限阻力效应的异质结构。

Zeng和他的同事在实验中使用的异质结构是使用铝酸镧(LAO)层作为导体石墨烯和2D电子气体之间的天然绝缘间隔物制造的，该气体在LAO和钛酸锶(STO)层之间的界面处形成，钛酸锶(STO)层在低温下成为超导体。

然后，研究人员调整了其系统的多个参数，包括其温度，磁场和栅极电压。当他们这样做时，他们在LAO / STO界面的超导过渡状态中观察到一个相当大的可调阻力信号。

“最佳无源有源比(PAR)远高于两个正常导体之间以及Au / Ti和SC AlO之间的典型阻力信号x在现有研究中获得，“李说。“PAR的巨大值和异常温度以及载流子依赖性表明，在我们的观测背后隐藏着一种新的阻力机制。

最近搬到俄克拉荷马大学的北京量子信息科学研究院理论物理学家谢洪毅博士使用现代量子多体理论来解释该团队的观察结果。更具体地说，他对库仑耦合的法向导体与超导体配对时会发生什么进行了理论描述。

“最终，我们发现观察到的阻力现象可以归因于约瑟夫森结阵列超导体SC相的量子涨落与法导体中的电荷密度之间的动态耦合，我们称之为约瑟夫森 - 科伦布(JC)阻力效应，”Zeng说。“揭开的JC拖曳效应在阻力物理学中创造了一个新的类别，并体现了量子涨落在主导层间过程中的独特作用。

这组研究人员最近的研究表明，正常导体和超导体之间的阻力响应可能比两个正常导体之间的阻力响应大得多。这一发现可能对物理学研究和技术发展产生重大影响。

研究人员公布的JC阻力可能被证明对创造新的电子产品特别有希望。具体来说，它可能有助于创建基于超导体的组件，这些组件可以用作电流或电压互感器。

“在我们的下一个工作中，我们首先想在两个2D超导体之间进行阻力实验，”Zeng补充道。“此外，我们计划研究更广泛的2D系统之间的紧急层间耦合，这些系统通过参数调整表现出各种量子相，即2D拓扑半金属/绝缘体和2D铁磁体。我们的目标是发现由于各种基本激发之间的强层间耦合而产生的新颖的多体效应。