钻石是一个Quantum Scientis的最好朋友:发现可能会彻底改变高科技产业

Somnath Bhattacharyya, Wits大学

Somnath Bhattacharyya教授旁边的气相沉积室,用于在实验室中生产钻石。信誉:智慧大学

钻石中三重态自旋超导性的发现有可能使高科技产业发生革命性的变化。

钻石在lexicon中有一个坚定的立足点。他们的许多物业通常用作质量,清晰度和耐心的高级。除了这种稀有材料的普及装饰性和装饰性,这些宝石在工业中也受到高度重视,其中它们用于切割和抛光其他硬质材料并构建辐射探测器。

十多年前,当高浓度的硼被引入钻石中时,人们发现了一种新的性质——超导性。当两个自旋相反的电子形成一对(称为库珀对)时,超导性就发生了,导致材料的电阻为零。这意味着一股巨大的超级电流可以在这种材料中流动,带来了先进技术应用的潜力。然而,从那以后,几乎没有人做过工作来研究和描述金刚石的超导性质及其潜在的应用。

南非约翰内斯堡威特沃特斯兰德大学物理学院纳米尺度传输物理实验室(NSTPL)的Somnath Bhattacharyya教授领导的一项新研究详细描述了钻石中所谓的“三重超导”现象。三重态超导性发生在电子以复合自旋态而不是单对运动时。这是一种极其罕见但高效的超导形式,到目前为止,人们只知道这种超导形式存在于一种或两种其他材料中,而且理论上只存在于钻石中。

Somnath Bhattacharyya

Somnath Bhattacharyya教授旁边的稀释冰箱 - 一个专门的设备,可实现钻石的量子特性。信誉:智慧大学

“在诸如铝的传统超导材料中,通过磁场和磁性杂质破坏超导电性,然而,即使与磁性材料组合,也可以存在金刚石中的三重态超导。这导致材料的更有效和多功能运行,“Bhattacharyya解释说。

最近在一篇文章中发表了团队的工作新物理杂志,标题为“Rashba-旋转轨道耦合对超导硼掺杂纳米晶金刚石薄膜的影响”标题:界面三重态超导性的证据。“这项研究是与牛津大学(英国)合作完成的钻石光源(英国)。通过这些合作,钻石晶体的美丽的原子排列和界面以前从未见过的可视化,支持了“三重”超导的第一个说法。

威特纳尺度传输物理实验室

Somnath Bhattacharyya教授和Wits纳米尺度传输物理实验室的成员们。他们是Yorick Hardy教授、Christopher Coleman博士、Kayleigh Mathieson和Somnath Bhattacharyya教授。信誉:智慧大学

钻石中三重态超导性的实际证明让巴塔查里亚和他的团队非常兴奋。“我们甚至在圣诞节那天还在工作,我们太兴奋了,”Davie Mtsuko说。克里斯托弗·科尔曼补充说:“这是以前从未有人用钻石声称过的东西。”Mtsuko和Coleman都是这篇论文的合著者。

尽管钻石被认为是一种非常稀有和昂贵的资源,但它们可以在实验室中用一种叫做气相沉积室的专门设备制造出来。Wits NSTPL已经开发了自己的程序等离子体沉积室使它们能够生长钻石高于正常质量的钻石 - 使它们成为这种高级研究的理想选择。

这一发现扩大了钻石的潜在用途,该潜在用途已经被视为量子材料。“所有传统技术都基于与电子电荷相关的半导体。到目前为止,我们对他们的互动方式和如何控制它们具有体面的理解。但是,当我们控制诸如超导和纠缠的量子状态时,有更多的物理到电荷和旋转电子,而且这也具有新的性质,“Bhattacharyya说。“随着钻石等超导材料的新浪涌,传统的硅技术可以通过成本效益和低功耗解决方案取代”。

金刚石中三重态超导的诱导不仅仅是其潜在的应用。它说明了我们对物理学的基本理解。“到目前为止,三重态超导性主要存在于理论中,我们的研究为我们提供了一个机会,以实际的方式测试这些模型,”Bhattacharyya说。

参考:“Rashba-旋转轨道耦合对超导硼掺杂的纳米晶金刚石薄膜的影响:界面三重型超导的证据”由Somnath Bhattacharyya,Davie Mtsuko,Christopher Allen和Christopher Coleman,192020年9月14日,新物理杂志
DOI:10.1088 / 1367-2630 / ABAFE9

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