Superconduttività non convenzionale: il caso particolare della singolarità di Griffith

Lo studio delle transizioni di fase quantistiche, in particolare della singolarità quantistica di Griffith, è avanzato con un team guidato da Jian-Hao Chen che studia questo fenomeno in cristalli singoli superconduttori non convenzionali ad alta temperatura di CaFe1-xNixAsF. Hanno osservato robuste singolarità quantistiche di Griffith influenzate dai campi magnetici, suggerendo la potenziale universalità di questo fenomeno nei superconduttori tridimensionali e non convenzionali, che potrebbero migliorare la comprensione dei meccanismi di superconduttività ad alta temperatura.

Un nuovo articolo esplora la singolarità quantistica di Griffith nelle transizioni di fase, concentrandosi su studi recenti che potrebbero espandere la nostra comprensione della superconduttività ad alta temperatura nei materiali non convenzionali.

L’esplorazione delle transizioni di fase quantistica esotiche è stata per lungo tempo un obiettivo chiave nella fisica della materia condensata. Un fenomeno critico in una transizione di fase è determinato interamente dalla sua classe di universalità, che è governata da parametri spaziali e/o d'ordine e rimane indipendente dai dettagli microscopici. Le transizioni di fase quantistiche, un sottoinsieme di transizioni di fase, si verificano a causa di fluttuazioni quantistiche e sono sintonizzate da parametri di sistema specifici al limite della temperatura zero.

La transizione di fase superconduttore-isolante/metallo è un classico esempio di transizione di fase quantistica, intensamente studiata da oltre 40 anni. Il disordine è considerato uno dei fattori d'influenza più importanti e pertanto ha ricevuto un'attenzione diffusa. Durante le transizioni di fase, il sistema solitamente soddisfa l'invarianza di scala, quindi la classe di universalità sarà caratterizzata da un unico esponente critico. Al contrario, la peculiarità della singolarità quantistica di Griffith è che rompe la tradizionale invarianza di scala, dove emerge la fisica esotica.

Figura 1: Transizione di fase metallo-superconduttore guidata dal campo magnetico con più punti critici quantistici in CaFe1-xNixAsF. Credito: Science China Press

La fisica della singolarità di Griffiths risale al 1969, quando il fisico americano Griffiths propose un tipo di transizione di fase in cui l'invarianza di scala viene interrotta. In questo caso l’esponente critico tende a divergere anziché rimanere costante. La singolarità quantistica di Griffith si riferisce alla singolarità di Griffith in una transizione di fase quantistica.

Dalla proposta della singolarità quantistica di Griffith, è stata osservata solo nei convenzionali film superconduttori a bassa dimensione e in alcuni ferromagneti tridimensionali. L'esistenza della singolarità quantistica di Griffith nei superconduttori tridimensionali e nei superconduttori non convenzionali ad alta temperatura deve ancora essere confermata sperimentalmente. Tale conferma farà luce sulla comprensione dei meccanismi della superconduttività non convenzionale ad alta temperatura.

Figura 2:Diagramma di fase B-T della singolarità quantistica di Griffith in un superconduttore anisotropo tridimensionale. Credito: Science China Press

Recentemente, un gruppo di ricerca guidato da Jian-Hao Chen, ricercatore presso il Centro internazionale per i materiali quantistici presso la Scuola di fisica dell'Università di Pechino, l'Accademia di scienze dell'informazione quantistica di Pechino e il Laboratorio chiave per la fisica e la chimica dei nanodispositivi di L'Università di Pechino, ha condotto uno studio sulla singolarità quantistica di Griffith nel cristallo singolo sfuso superconduttore ad alta temperatura non convenzionale CaFe1-xNixAsF. Insieme ai loro collaboratori hanno coltivato per la prima volta una serie di cristalli singoli sfusi di CaFe1-xNixAsF sottodopati di alta qualità e hanno osservato l'evoluzione delle singolarità quantistiche anisotropiche di Griffith da quasi bidimensionali a tridimensionali nelle transizioni di fase del metallo superconduttore guidate da impulsi magnetici. campi.

Hanno trovato una robusta singolarità quantistica di Griffith che può durare fino a 5,3 K e può essere indotta nei cristalli da campi magnetici sia paralleli che verticali. Questo studio non solo rivela l'universalità della singolarità quantistica di Griffith nei sistemi superconduttori tridimensionali e non convenzionali ad alta temperatura, ma prevede anche la possibilità di trovare stati quantistici di Griffith in famiglie di superconduttori ad alta temperatura più non convenzionali (ad esempio, a base di nichel e rame). basati su superconduttori), che potrebbero promuovere ulteriormente la comprensione di meccanismi non convenzionali di superconduttività ad alta temperatura.