超导体NbSe2的特殊基态相

施加足够大的磁场会导致材料中超导态的破坏，甚至在极低的温度下，会直接把它们变成绝缘体——或者像传统认为的那样。现在，东京工业大学(东京工业大学)、东京大学和东北大学的科学家报告了这些超导体的奇怪多态转变：从超导体到特殊金属再到绝缘体。

超导体的特点是其零电阻或完全释放外部磁场的能力，这对于基础物理和应用如磁体的超导线圈具有迷人的前景。这种现象可以通过考虑系统电子之间的高度有序关系来理解。由于整个系统的相干性，电子形成束缚对，无碰撞地流动，共同导致无能量耗散的完美导电态。然而，当引入磁场时，电子无法再保持其相干性，失去超导性。对于给定的温度，材料保持超导的最高磁场称为临界磁场。

通常这些关键点以相变为标志。如果变化是突然的，比如冰融化，那就是一级跃迁。如果波动增长是由扩展到整个系统的变化以渐进和连续的方式推动的，则称为二阶转换。研究超导体在临界场影响下的跃迁路径，可以深入理解其中涉及的量子过程，使我们能够设计出更多智能超导体(SC)应用于先进技术。

有趣的是，二维超导体(2DSC)是研究这种相变的理想候选材料，其中一个新的候选材料是NbSe2的单一单元层。因为超导体的尺寸(厚度)越小，意味着形成超导对的电子的可能伴侣数就越少，最小的扰动就能设定相变。此外，从小规模电子应用的角度来看，2DSC是相关的。

在这种材料中，将施加的磁场增加到一个临界值会导致一种模糊状态，在这种状态下，磁场穿透了材料，但电阻仍然很小。只有当磁场进一步增强时，超导性才会被破坏。这种材料是一种普通的绝缘体。这被称为从超导体到绝缘体的相变。因为这种现象是在非常低的温度下观察到的，系统中的量子涨落变得等于甚至大于传统的热涨落。所以，这叫量子相变。

为了了解NbSe2超薄超导体中相变的路径和临界场强之间的模糊或混合状态，一组研究人员测量了该材料的磁阻，或SC在暴露于外部时响应磁场的电阻率。简而言之，市野仓教授得出结论：“使用四点探针，我们估算了单层NbSe2中每个量子相界的临界磁场。”他们发现，当小磁场作用于SC时，电子的相干流被破坏，但电子对仍然存在。这是由于涡流的运动；运动的涡流产生有限的阻力。这个最小电阻的起源被解释为一种物质进入一种特殊的金属状态，称为玻色金属(BM)，当磁场进一步增加时，它变得绝缘。研究小组还发现，在临界温度附近，正常态和SC态之间的跃迁是由量子涨落驱动的，这也反映了类似的多重跃迁路径。市野仓教授对结果感到兴奋。他说，“基于玻色金属模型的比例分析解释了两步跃迁，表明玻色子基态的存在。”

由于是原子厚度最薄的样品，这项研究支持了超导体中多相转变的理论命题，进一步推动了研究边界。这一次，是考察波涡的过渡路径；看着漩涡会把我们带向何方？只有科学能解释！

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