一组物理学家发现了超导体在减少到仅仅几个原子层时行为的奇怪变化。他们利用强大的磁成像技术发现，超薄材料中的超导性并不遵循通常的规则——它以表面为基础，而不是分布在整个材料中。这一令人惊讶的发现可能会重塑科学家对超导性的理解，并激发量子计算和纳米级设备领域的新技术。
实验装置的示意图显示，扫描磁显微镜位于两个不同的样品上方。一个样品仅表现出表面超导性，而另一个样品则表现出常规超导性。图片来源：Ori Lerman超导性的惊人转变
耶路撒冷希伯来大学的研究人员对超导性在极薄材料中的表现有了惊人的发现。超导体是一种允许电流无阻力流动的材料，这使得它们在技术上具有极高的价值。通常，当材料变薄时，超导体的性质会发生可预测的变化；然而，这项研究发现了一些意想不到的东西。
该团队由博士生 Nofar Fridman 领导，在希伯来大学 Racah 物理研究所和纳米中心的 Yonathan Anahory 教授的指导下，仔细研究了由铌二硒化物 (NbSe 2 ) 制成的薄膜，这是一种特殊的层状超导材料，可以组装成厚度精确控制在几层极限的结构。通过使用先进的磁成像技术，研究人员测量了这些材料在厚度减小时对磁场的反应。
通常，科学家认为超导材料越厚，其排斥磁场的能力就越强。在这里，这个长度由一种称为“珍珠长度”的物理特性来衡量。这项研究证实了厚度超过十个原子层的样品的这一规则。然而，当薄膜变得非常薄时——只有三到六层（2-4 纳米）——研究人员观察到了意想不到的事情：珍珠长度急剧增加，并且与厚度无关，打破了预期的模式。
“我们的研究结果揭示了一些完全出乎意料的东西，它们可能普遍存在于超导材料中，”领导这项研究的博士生 Nofar Fridman 解释道。“在非常薄的样品中，超导性的表现与我们已知的不同。似乎在一定厚度以下，超导体的电流主要集中在其顶部和底部表面，而不是整个体积。这一发现为超薄材料中的超导性提出了令人兴奋的新问题。”
该团队的主管 Yonathan Anahory 教授强调了他们的方法的重要性，他说：“我们的高分辨率磁成像使我们能够看到以前的方法无法检测到的细节。通过发现这种独特的表面超导性，我们扩展了对超导材料在极小尺度上的行为方式的理解。这可能对未来的研究和技术产生重大影响。”
这一发现为超薄薄膜的超导性提供了新的见解，并挑战了之前的理论。它还强调了专门的测量技术如何能够发现令人惊讶的新物理现象，从而可能为量子技术的创新应用开辟道路。
编译自/ScitechDaily
