哥侖阻力是一種影響兩個(gè)電子電路的現(xiàn)象，其中一個(gè)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(kù)侖定律，庫(kù)侖定律是描述經(jīng)典電動(dòng)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(dòng)的材料。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究人員最近探索了當(dāng)一個(gè)電路基于導(dǎo)體而相鄰的電路基于超導(dǎo)體(即對(duì)電流沒有任何電阻的材料)時(shí)會(huì)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(gè)法向?qū)w的研究中觀察到的阻力響應(yīng)。

“兩個(gè)電隔離導(dǎo)體之間的阻力實(shí)驗(yàn)一直是檢測(cè)基本激勵(lì)和揭示層間相干性的有效方法，”進(jìn)行這項(xiàng)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(huì)為檢查超導(dǎo)性和波動(dòng)效應(yīng)以及探索操縱超導(dǎo)體電路的新技術(shù)提供機(jī)會(huì)。

第一次使用導(dǎo)體和超導(dǎo)體的阻力實(shí)驗(yàn)是在1990年代進(jìn)行的。然而，當(dāng)時(shí)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(shí)驗(yàn)中觀察到的阻力反應(yīng)相當(dāng)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(gè)問題，因?yàn)槟抢锏碾娮犹匦允歉叨瓤烧{(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(jì)和監(jiān)督這項(xiàng)工作。

“由曾教授領(lǐng)導(dǎo)的中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)實(shí)驗(yàn)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(yàn)。我們自然而然地設(shè)計(jì)了獨(dú)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(shí)驗(yàn)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(gè)參數(shù)，包括其溫度，磁場(chǎng)和柵極電壓。當(dāng)他們這樣做時(shí)，他們?cè)贚AO / STO界面的超導(dǎo)過渡狀態(tài)中觀察到一個(gè)相當(dāng)大的可調(diào)阻力信號(hào)。

“最佳無源有源比(PAR)遠(yuǎn)高于兩個(gè)正常導(dǎo)體之間以及Au / Ti和SC AlO之間的典型阻力信號(hào)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(cè)背后隱藏著一種新的阻力機(jī)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(tuán)隊(duì)的觀察結(jié)果。更具體地說，他對(duì)庫(kù)侖耦合的法向?qū)w與超導(dǎo)體配對(duì)時(shí)會(huì)發(fā)生什么進(jìn)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(dòng)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(gè)新的類別，并體現(xiàn)了量子漲落在主導(dǎo)層間過程中的獨(dú)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(gè)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(duì)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(duì)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(gè)工作中，我們首先想在兩個(gè)2D超導(dǎo)體之間進(jìn)行阻力實(shí)驗(yàn)，”Zeng補(bǔ)充道。“此外，我們計(jì)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?fù)浒虢饘?絕緣體和2D鐵磁體。我們的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)由于各種基本激發(fā)之間的強(qiáng)層間耦合而產(chǎn)生的新穎的多體效應(yīng)。

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