Onconventionele Supergeleiding: Het Eigenaardige Geval van Griffith Singulariteit

De studie van kwantumfase-overgangen, met name de kwantum-Griffith-singulariteit, is vooruitgegaan met een team onder leiding van Jian-Hao Chen dat dit fenomeen onderzoekt in onconventionele, bij hoge temperatuur supergeleidende bulk-eenkristallen van CaFe1-xNixAsF. Ze observeerden robuuste kwantum-Griffith-singulariteiten beïnvloed door magnetische velden, wat de potentiële universaliteit van dit fenomeen in driedimensionale en onconventionele supergeleiders suggereert, wat het begrip van supergeleidingsmechanismen bij hoge temperaturen zou kunnen vergroten.

Een nieuw artikel onderzoekt de quantum-Griffith-singulariteit in faseovergangen, waarbij de nadruk ligt op recente studies die ons begrip van supergeleiding bij hoge temperaturen in onconventionele materialen zouden kunnen vergroten.

Het onderzoeken van exotische kwantumfase-overgangen is lange tijd een belangrijk aandachtspunt geweest in de fysica van de gecondenseerde materie. Een kritisch fenomeen bij een faseovergang wordt volledig bepaald door zijn universaliteitsklasse, die wordt bepaald door ruimtelijke en/of ordeparameters en onafhankelijk blijft van microscopische details. Kwantumfase-overgangen, een subset van fase-overgangen, treden op als gevolg van kwantumfluctuaties en worden afgestemd door specifieke systeemparameters bij de nultemperatuurlimiet.

De supergeleider-isolator/metaal faseovergang is een klassiek voorbeeld van kwantumfaseovergang, die al meer dan 40 jaar intensief wordt bestudeerd. Stoornis wordt beschouwd als een van de belangrijkste beïnvloedende factoren en heeft daarom brede aandacht gekregen. Tijdens de faseovergangen voldoet het systeem gewoonlijk aan schaalinvariantie, dus de universaliteitsklasse zal worden gekenmerkt door een enkele kritische exponent. Het bijzondere van de quantum-Griffith-singulariteit is daarentegen dat het de traditionele schaalinvariantie doorbreekt, waarbij exotische fysica naar voren komt.

Figuur 1: Door een magnetisch veld aangedreven supergeleider-metaal faseovergang met meerdere kwantumkritische punten in CaFe1-xNixAsF. Krediet: Science China Press

De fysica van Griffiths singulariteit dateert uit 1969, toen de Amerikaanse natuurkundige Griffiths een soort faseovergang voorstelde waarbij de schaalinvariantie wordt doorbroken. In dit geval heeft de kritische exponent de neiging uiteen te lopen in plaats van constant te blijven. De kwantum-Griffith-singulariteit verwijst naar de Griffith-singulariteit in een kwantumfase-overgang.

Sinds het voorstel van quantum Griffith-singulariteit is deze alleen waargenomen in conventionele laagdimensionale supergeleidende films en in enkele driedimensionale ferromagneten. Het bestaan ​​van kwantum-Griffith-singulariteit in driedimensionale supergeleiders en in onconventionele hoge-temperatuur-supergeleiders moet nog experimenteel worden bevestigd. Een dergelijke bevestiging zal licht werpen op het begrip van mechanismen in onconventionele supergeleiding bij hoge temperaturen.

Figuur 2: B-T-fasediagram van de singulariteit van kwantum Griffith in een driedimensionale anisotrope supergeleider. Krediet: Science China Press

Onlangs heeft een onderzoeksgroep onder leiding van Jian-Hao Chen, een onderzoeker bij het International Center for Quantum Materials aan de School of Physics van de Universiteit van Peking, de Beijing Academy of Quantum Information Sciences, en het Key Laboratory for the Physics and Chemistry of Nanodevices van Peking University, heeft een onderzoek uitgevoerd naar de kwantum-Griffith-singulariteit in onconventioneel supergeleidend bulk-monokristal CaFe1-xNixAsF bij hoge temperaturen. Zij en hun medewerkers kweekten voor het eerst een reeks hoogwaardige, ondergedoteerde CaFe1-xNixAsF bulk-monokristallen en observeerden de evolutie van quasi-tweedimensionale naar driedimensionale anisotrope kwantum-Griffith-singulariteiten in de supergeleider-metaal faseovergangen aangedreven door magnetische velden.

Ze vonden een robuuste kwantum-Griffith-singulariteit die tot 5,3 K kan aanhouden, en die in de kristallen kan worden geïnduceerd door zowel parallelle als verticale magnetische velden. Deze studie onthult niet alleen de universaliteit van de quantum Griffith-singulariteit in driedimensionale en onconventionele supergeleidende systemen bij hoge temperaturen, maar voorspelt ook de mogelijkheid om quantum Griffith-toestanden te vinden in meer onconventionele supergeleidende families bij hoge temperaturen (dwz op nikkel gebaseerde en koper-gebaseerde gebaseerde supergeleiders), die het begrip van onconventionele supergeleidingsmechanismen bij hoge temperaturen verder kunnen bevorderen.