示意圖顯示將掃描磁顯微鏡置于兩個不同樣品上方。一個樣品僅表現出表面超導性,而另一個樣品則表現出常規超導性。圖片來源:以色列希伯來大學

以色列希伯來大學研究人員在二硒化鈮薄膜中發現了一種意想不到的超導轉變。當這些薄膜的厚度薄于6個原子層時,超導性不在整個材料中均勻分布,而是局限于材料表面。這一發現顛覆了先前的假設,對于理解超導性以及開發先進的量子技術具有重要意義。相關成果發表于新一期《自然-通訊》雜志。

研究人員對由二硒化鈮制成的薄膜進行了深入研究,這是一種特殊的層狀超導材料,可被精確組裝成厚度只有幾個原子層的結構。通過使用高分辨率磁成像技術,研究人員能夠看到先前方法無法檢測到的細節,測量了這些材料在厚度減小時對磁場的響應。

通常認為,超導材料越厚,其排斥磁場的能力就越強,這一性質可用Pearl長度來表征。Pearl長度較小,意味著磁場更容易被排斥,符合超導體的常規行為。新研究證實,對于厚度超過10個原子層的樣品,這一規則成立。然而,當薄膜厚度降至3—6層(2—4納米)時,研究人員觀察到了意想不到的現象:Pearl長度急劇增加,并且不再依賴厚度,表明磁場響應特性發生了變化。這一異常行為打破了原有的理論框架。

研究發現,當厚度低于6個原子層時,超導電流主要集中在頂部和底部表面,而不再均勻分布于整個材料內部。

這一結果拓展了對極薄膜超導性的理解,挑戰了現有理論,同時也展現了高精度測量技術在揭示新物理現象方面的潛力,為量子技術的創新應用提供了全新思路。