多年以来，超导特性因其革新当前技术的潜力而倍受科学家的关注。然而，大多数材料只能在极低的温度下才能表现出超导性质。如今，这种独特的零电阻性质在许多技术中都很常见，例如磁共振成像（MRI）等。未来技术可能会涉及超导体中电子行为的完全同步——相位。目前，全球正在展开一场制造首台量子计算机的竞赛。量子计算机的运算性能与相位有关。传统的超导体非常稳定，很难被外界条件影响。如何找到一种超导状态易调控的新材料，成为科学家面对的重大挑战。
据美国优睿科网站（eurekalert.org）10月10日报道，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）量子材料实验室（QMAT）研究人员Philip Moll领导的重费米子非传统超导体研究团队，与德国马克斯·普朗克固体化学物理研究所、美国康奈尔大学等在材料CeIrIn5中有了惊人发现。相关研究成果发布于《科学》杂志。
CeIrIn5是一种低温超导金属材料，其超导温度低至-273摄氏度。Moll等与康奈尔大学的Katja C. Nowack合作，证实在CeIrIn5材料中，超导区域与正常金属态能够共存。更令人振奋的是，Moll等开发了一种模型，能帮助研究人员设计复杂的传导模式，并通过改变温度，以高度可控的方式将其分布在材料中。
为了实现这一壮举，科学家们将仅有千分之一毫米厚度的CeIrIn5薄层贴合到了蓝宝石基底上。当环境冷却时，CeIrIn5薄层开始明显收缩，而蓝宝石的收缩程度较小。由此产生的相互作用对材料而言是巨大的拉力——它好像被作用力向各个方向拉伸。拉伸作用轻微扭曲了CeIrIn5薄层中的原子键。CeIrIn5的超导性对精确的原子结构异常敏感，因此设计扭曲的微观图案是实现复杂超导性的关键所在。新方法使得研究人员能够在单晶条上“绘制”出超导电路，这为开发新的量子技术奠定了基础。
这一突破意味着研究人员在控制重费米子材料超导性方面取得了重大突破。但这还不是终点，一名博士后研究人员已经开始探索其可能的技术应用前景。Moll说：“例如，我们可以利用微型致动器改变材料的形态，进而改变超导区域。在芯片上断开和连接超导区域的操作，可以作为未来量子技术的开关器。这与计算机使用的晶体管有点类似。”
科界原创 编译：雷鑫宇 审稿：阿淼 责编：张梦
期刊来源：《科学》
期刊编号：0036-8075
原文链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-10/epfd-csr101019.php
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