中國粉體網訊 近日，由哈爾濱工業大學、比利時列日大學、英國布里斯托大學、北京工業大學、比利時魯汶大學、中南大學和丹麥高等研究院的研究人員組成的國際科研團隊，在三維超導多晶金剛石納米線中發現與量子相滑移相關的重入電阻態。相關成果以“Quantum Depletion of Superconductivity in Three-Dimensional Diamond Nanowires”為題發表在量子領域旗艦期刊《Advanced Quantum Technologies》上。
研究背景
基于傳統電子材料的信息技術正快速逼近其極限。為了開發新型器件，必須采用先進的材料與納米技術，以實現減小體積、提升性能及降低能耗的目標。
金剛石作為一種寬帶隙半導體，因其在熱學、功率與邏輯電子學以及機電等領域的卓越性能而受到廣泛關注。除了為半導體行業帶來益處之外，金剛石作為新興量子現象的主要材料，還為量子信息技術的發展開辟了新的前景，例如，金剛石中帶負電荷的色心自旋態已被證實具有在量子計算領域的潛力，而鐵磁超導金剛石薄膜中發現的Yu-Shiba-Rusinov能帶則為實現拓撲保護的量子比特工程奠定了基礎。
研究內容
該研究制備的納米線由超導金剛石晶粒組成，而超導晶粒又被橫向高阻晶界分隔開來，因此具有竹節狀結構。研究人員從概念上將這些三維納米線視為由約瑟夫結組成的一維鏈狀結構，并利用Giordano為一維超導體系建立的量子相滑移理論模擬重現了三維金剛石納米線中觀測到的重入電阻態。
重硼摻雜多晶金剛石薄膜制備的超導金剛石納米線的可重入電阻態
這些金剛石納米線直徑遠大于相干長度，處于三維超導區域。低溫下，超導相變被電阻驟升打斷（重入電阻態）。隨溫度降低，重入電阻態緩慢衰減為電阻尾，逼近絕對零度。與電阻溫度依賴性一致，變更磁場與電流時，重入電阻態表現為超導相變中的電阻峰。這些發現與一維超導納米線量子相滑移效應特征高度相似。
該研究首次證實量子相滑移效應能對三維超導系統中的量子凝聚產生重要影響。重入電阻態的發現豐富了相位滑移現象學，新發現將推動納米尺度下超導有序參數拓撲波動機制的實驗和理論研究。研究成果表明，超導多晶金剛石納米線有望為量子信息技術研發開辟新路徑，如磁通量量子比特和單光子探測器等。
關于超導納米線
超導納米線是單光子探測器、超高品質因子微波諧振腔和量子電路等多種先進量子器件的基本構筑單元，為各種高度先進的量子器件（如單光子探測器和量子電路）的發展奠定了基礎。
超導納米線單光子探測系統 圖源：中國科學技術大學
參考來源：紅外薄膜與晶體，中國科學技術大學官網
論文鏈接 https://doi.org/10.1002/qute.202400476
（中國粉體網編輯整理/輕言）
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