Okonventionell Supraledning: Det Peculiära Fallet med Griffith Singularity

Studiet av kvantfasövergångar, närmare bestämt kvant-Griffith-singulariteten, har avancerat med ett team ledd av Jian-Hao Chen som undersöker detta fenomen i okonventionella högtemperatursupraledande bulk-enkristaller av CaFe1-xNixAsF. De observerade robusta kvant-Griffith-singulariteter påverkade av magnetfält, vilket tyder på den potentiella universaliteten av detta fenomen i tredimensionella och okonventionella supraledare, vilket kan förbättra förståelsen av högtemperaturssupraledningsmekanismer.

En ny artikel utforskar kvant-Griffith-singulariteten i fasövergångar, med fokus på nyare studier som kan utöka vår förståelse av högtemperatursupraledning i okonventionella material.

Att utforska exotiska kvantfasövergångar har länge varit ett nyckelfokus i fysik för kondenserad materia. Ett kritiskt fenomen i en fasövergång bestäms helt av dess universalitetsklass, som styrs av rumsliga och/eller ordningsparametrar och förblir oberoende av mikroskopiska detaljer. Kvantfasövergångar, en undergrupp av fasövergångar, uppstår på grund av kvantfluktuationer och ställs in av specifika systemparametrar vid nolltemperaturgränsen.

Fasövergången supraledare-isolator/metall är ett klassiskt exempel på kvantfasövergång, som har studerats intensivt i mer än 40 år. Störning anses vara en av de viktigaste påverkande faktorerna och har därför fått stor uppmärksamhet. Under fasövergångarna uppfyller systemet vanligtvis skalinvarians, så universalitetsklassen kommer att karakteriseras av en enda kritisk exponent. Däremot är det speciella med kvant-Griffith-singulariteten att den bryter den traditionella skalningsinvariansen, där exotisk fysik uppstår.

Figur 1: Magnetfältsdriven supraledare-metall fasövergång med flera kvantkritiska punkter i CaFe1-xNixAsF. Kredit: Science China Press

Fysiken i Griffiths singularitet går tillbaka till 1969, när den amerikanske fysikern Griffiths föreslog en typ av fasövergång där skalinvariansen bryts. I detta fall tenderar den kritiska exponenten att divergera snarare än att förbli konstant. Kvant-Griffith-singulariteten hänvisar till Griffith-singulariteten i en kvantfasövergång.

Sedan förslaget om kvant-Griffith-singularitet har det bara observerats i konventionella lågdimensionella supraledande filmer och i ett fåtal tredimensionella ferromagneter. Förekomsten av quantum Griffith-singularitet i tredimensionella supraledare och i okonventionella högtemperatursupraledare har ännu inte bekräftats experimentellt. Sådan bekräftelse kommer att belysa förståelsen av mekanismer i okonventionell högtemperatursupraledning.

Figur 2: B–T fasdiagram av kvant Griffiths singularitet i en tredimensionell anisotrop supraledare. Kredit: Science China Press

Nyligen ledde en forskargrupp av Jian-Hao Chen, en forskare vid International Centre for Quantum Materials vid School of Physics vid Peking University, Beijing Academy of Quantum Information Sciences och Key Laboratory for the Physics and Chemistry of Nanodevices of Peking University, genomförde en studie om kvant-Griffith-singulariteten i okonventionell högtemperatur supraledande bulk enkristall CaFe1-xNixAsF. De och deras medarbetare odlade en serie högkvalitativa underdopade CaFe1-xNixAsF bulk-enkristaller för första gången och observerade utvecklingen av kvasi-tvådimensionella till tredimensionella anisotropa kvant-Griffith-singulariteter i fasövergångarna mellan supraledare och metall som drivs av magnetiska fält.

De fann robust kvant Griffith-singularitet som kan vara upp till 5,3 K, och den kan induceras i kristallerna av både parallella och vertikala magnetfält. Denna studie avslöjar inte bara universaliteten hos kvant-Griffith-singularitet i tredimensionella och okonventionella högtemperatursupraledande system, utan förutsäger också möjligheten att hitta kvant-Griffith-tillstånd i mer okonventionella högtemperatursupraledande familjer (d.v.s. nickelbaserade och koppar- baserade supraledare), vilket ytterligare kan främja förståelsen av okonventionella högtemperatursupraledningsmekanismer.