研究揭示了普通导体和超导体之间的大可调阻力响应

库伦阻力是一种影响两个电子电路的现象，其中一个电路中的充电电流仅通过所谓的库伦相互作用在相邻电路中感应出响应电流。这些是遵循库仑定律的电荷之间的静电相互作用，库仑定律是描述经典电动力学的关键物理理论。

通常，使用由导电材料或电导体制成的相邻电路来研究这种现象。这些基本上是电流可以轻松流过的材料。

中国科学技术大学的研究人员最近探索了当一个电路基于导体而相邻的另一个电路基于超导体(即对电流没有任何阻力的材料)时会发生什么。他们发表在《自然物理学》(NaturePhysics)上的研究结果表明，在这些情况下，阻力响应明显大于之前在使用两个普通导体的研究中观察到的响应。

“两个电隔离导体之间的拖动实验一直是检测基本激发和揭示层间相位相干性的有效方法，”进行该研究的研究人员之一曾长干告诉Phys.org。“用超导体代替其中一个导体可能会为检查超导性和波动效应以及探索操纵超导体电路的新技术提供机会。”

第一次使用导体和超导体的阻力实验是在1990年代进行的。然而，当时使用的设备基于传统的金属超导体双膜，例如Au/Ti-AlOX。

在这些实验中观察到的阻力反应相当微弱且不受控制。此外，研究人员无法阐明他们观察到的阻力效应的微观起源。

“多亏了新出现的二维(2D)材料，我们能够重新审视这个问题，因为那里的电子特性是高度可调的，而且超小的层间分离也是可归档的，”设计和监督该材料的林莉说。与曾一起工作。

“我们在USTC的实验组由Zeng教授领导，在制造器件和研究二维材料的传输特性方面拥有长期经验。我们自然而然地设计了独特的石墨烯-LaAlO3/SrTiO3异质结构，用于研究最终二维极限的阻力效应。”

Zeng和他的同事在他们的实验中使用的异质结构是使用铝酸镧(LAO)层作为导体石墨烯和在LAO与钛酸锶(STO)层之间的界面处形成的二维电子气之间的天然绝缘间隔层制造的，在低温下成为超导体。

然后，研究人员调整了系统的多个参数，包括温度、磁场和栅极电压。当他们这样做时，他们在LAO/STO界面的超导过渡状态中观察到一个相当大且可调的阻力信号。

“最佳的被动主动比(PAR)远高于两个正常导体之间的典型拖曳信号，以及现有研究中获得的Au/Ti和SCAlOx之间的拖曳信号，”Li说。“PAR的巨大值、异常温度和载流子依赖性表明，我们的观察背后隐藏着一种新的阻力机制。”

最近搬到俄克拉荷马大学的北京量子信息科学研究院理论物理学家谢宏毅博士使用现代量子多体理论解释了团队的观察结果。更具体地说，他对库仑耦合法线导体与超导体配对时发生的情况进行了理论描述。

“最终，我们发现观察到的拖曳现象可归因于约瑟夫森结阵列超导体的SC相的量子涨落与普通导体中的电荷密度之间的动态耦合，我们将其称为约瑟夫森-哥伦布(JC)阻力效应，”曾说。“公布的JC阻力效应在阻力物理学中创造了一个新类别，并体现了量子涨落在主导层间过程中的独特作用。”

这组研究人员最近的工作表明，普通导体和超导体之间的阻力响应可能比两个普通导体之间的阻力响应大得多。这一发现可能对物理研究和技术开发都具有重要意义。

研究人员公布的JC阻力可能被证明对创造新电子产品特别有前途。具体来说，它可能有助于创建基于超导体的组件，这些组件可以用作电流或电压互感器。

“在我们接下来的工作中，我们首先想在两个二维超导体之间进行阻力实验，”曾补充说。“此外，我们计划通过参数调谐研究更广泛的二维系统之间的紧急层间耦合，即二维拓扑半金属/绝缘体和二维铁磁体。我们的目标是发现由于层间强耦合而产生的新型多体效应各种基本激发。”