在有希望的重新发现的材料中观察到罕见的拉撒路超导

一个研究小组观察到了一种罕见的现象，即铀二碲化物中的重入超导现象。昵称为“拉撒路超导”的现象是，当特定状态的改变(在这种情况下，施加的磁场非常强)时，当超导状态出现，分解然后重新出现在材料中时，就会发生这种现象。这一发现进一步推动了二碲化铀在量子计算机中的应用前景。

来自马里兰大学，国家标准技术研究所(NIST)，国家高磁场实验室(NHMFL)和牛津大学的研究人员观察到一种罕见的现象，即二碲化铀铀中的重入超导现象。这一发现进一步推动了二碲化铀在量子计算机中的应用前景。

从死里复活的圣经人物被昵称为“拉撒路超导”，这种现象在超导状态出现，分解然后由于特定参数的变化而重新出现在材料中时发生。在这种情况下，非常强的磁场。研究人员于2019年10月7日在《自然物理学》杂志上发表了他们的研究结果。

二碲化铀曾因其明显缺乏有趣的物理特性而被物理学家解雇，但它有其自己的拉撒路时刻。当前的研究是连续数月的第二次研究(均由同一研究小组的成员发表)，以证明材料中异常和令人惊讶的超导状态。

UMD物理学兼职助理教授，NIST中子研究中心的物理学家Nicholas Butch说：“这是一种最近发现的超导体，还具有许多其他非常规行为，因此已经很奇怪了。”“ [Lazarus超导性]几乎可以肯定与这种材料的新颖性有关。其中有些事情正在发生变化。”

先前的研究于2019年8月16日发表在《科学》(Science)杂志上，描述了稀有且奇特的基态，即二碲化铀中的自旋三重态超导。该发现标志着第一个线索，即二碲化铀由于其不寻常的物理特性和在量子计算机中的巨大应用潜力而值得再次关注。

UMD物理学教授，UMD纳米物理与先进材料中心(CNAM;不久将更名为量子材料中心)主任，UMD物理学教授Johnpierre Paglione说：“这确实是一种了不起的材料，它使我们非常忙碌。”该论文的合著者。“二碲化铀很可能成为人们几十年来一直在寻找的'教科书'自旋三重超导体，并且可能会有更多的惊喜。它可能是下一个钌酸锶锶–另一种拟议的自旋三重超导体研究了25年以上。”

超导是一种状态，其中电子以最佳效率穿过材料。相比之下，就电子传导能力而言，铜(仅次于银，仅次于银)在长距离传输线上会损失大约20%的功率，因为​​电子会在材料内部碰撞。

拉撒路的超导性尤其奇怪，因为强磁场通常会破坏绝大多数材料中的超导状态。然而，在二碲化铀中，强磁场和特定的实验条件共同导致拉撒路的超导现象不仅产生一次，而且产生两次。

对于Butch，Paglione及其小组来说，在二碲化铀中发现这种罕见的超导形式是偶然的。该研究的主要作者CNAM研究助理盛然(Sheng Ran)在试图生产另一种铀基化合物时意外地合成了晶体。研究小组决定无论如何都要尝试一些实验，即使先前对该化合物的研究并未产生任何异常。

团队的好奇心很快得到了许多回报。在早期的《科学》杂志上，研究人员报告说，二碲化铀的超导性涉及称为自旋三胞胎的不寻常的电子结构，其中电子对在同一方向上排列。在绝大多数超导体中，成对电子的取向(称为自旋)指向相反的方向。这些对(有点违反直觉)称为单重态。磁场可以更容易地破坏单重态，从而杀死超导性。

但是，自旋三重态超导体可以承受更高的磁场。该团队的早期发现将他们引向了NHMFL，在该实验室中，超高磁场磁体，强大的仪器和本地专家的独特结合使研究人员能够进一步推压二碲化铀。

在实验室，研究小组在一些可用的最高磁场中测试了二碲化铀。通过将材料暴露于高达65特斯拉的磁场(强度是典型MRI磁体的30倍以上)，研究小组试图找到磁场压碎材料超导性的上限。Butch和他的团队还尝试了将二碲化铀晶体相对于磁场方向以几个不同的角度定向。

在约16特斯拉时，材料的超导状态突然改变。虽然它在大多数实验中都消失了，但当晶体相对于磁场以非常特定的角度排列时，它仍然存在。这种异常行为一直持续到大约35特斯拉，此时所有超导性都消失了，电子改变了排列方向，进入了新的磁相。

当研究人员在继续进行角度实验的同时增加磁场时，他们发现晶体的不同取向产生了另一个超导相，该相至少持续存在65特斯拉，这是该团队测试的最大场强。这是超导体的破纪录性能，标志着首次在同一化合物中发现两个场感应超导相。

强磁场似乎并没有杀死二碲化铀中的超导性，反而使它稳定了。尽管目前尚不清楚原子级发生了什么，但是布奇说，证据表明这种现象与科学家迄今所见的现象根本不同。

布奇说：“我将大步向前，说这些可能与我们所了解的其他超导体不同-量子力学上有所不同。”“我认为，这将需要一段时间才能弄清楚发生了什么。”

Butch补充说，在不违反常规的物理学基础上，二碲化铀显示出它是拓扑超导体的一切迹象，其他自旋三重态超导体也是如此。它的拓扑特性表明，它可能会成为未来量子计算机中特别精确且坚固的组件。

NHMFL主任Greg Boebinger说：“在创纪录的高场发现这种拉撒路超导性是该实验室25年以来最重要的发现之一。”“如果揭开二碲化铀的奥秘导致未来出现超导现象，我将不会感到惊讶。”

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