Nature Mater：晶体位错调控超导量子态

纳米技术

2022-01-01

当手头有回形针如何将其硬化？通过反复多次的弯折能够使得回形针得到有效的硬化，而且能够变得更加难以变形，材料发生硬化。在微观尺度来看，在变形的回形针中原子面发生相对滑动，在这些原子面之间形成大量的微小原子尺度得到成倍增加，这些微小的线性或者环形结构作为位错结构，是一种原子尺度的晶格缺陷结构而非结构损伤。这种位错结构通过正常方法无法消除，而且这种位错结构相互作用能够影响相互的运动，导致材料的强度增强。

在数十年间，人们发现这种位错结构对材料的机械性能起到非常重要的作用，而且能够对材料的电子学、光学、热力学性能产生影响。这种结构与化学掺杂、温度或者压力导致的现象不同，位错结构通常作为一种能够调控经典结构和性质的方法。

有鉴于此，麻省理工学院Mingda Li、克莱姆森大学Yao Wang等报道在塑性结构畸变的SrTiO₃材料（一种具有超导现象的量子顺电材料，具有能源领域的相关应用前景）中发现了不常见的超导相。

本文要点：

（1）

发现由于材料的变形导致超导相转变温度提高至接近3倍，T_c在没有变形的材料中为0.3 K，在塑性变形后的样品中T_c提高至0.8 K。

与超导相关的信号能够在30-50 K温度中检测到，比T_c温度提高两个数量级，这种现象产生的原因是电阻的各项异性与随温度变化的性质。这种异常现象说明量子涨落现象起到非常关键的作用。

（2）

本文研究说明材料的量子特性能够通过结构的畸变进行调控，展示和发现位错能够作为一种新型调控手段，实现了通过量子涨落调控电子的关联性质。而且，位错现象能够产生分形、电荷密度波等奇异现象，因此位错可能进一步用于调控电荷、自旋、轨道、晶格等多种自由度。

参考文献

Li, M., Wang, Y. One-way express ticket to quantum criticality. Nat. Mater. 21, 3–4 (2022).

DOI: 10.1038/s41563-021-01146-5

https://www.nature.com/articles/s41563-021-01146-5