近日，西湖大學(xué)理學(xué)院吳頡研究團(tuán)隊(duì)攜手浙江大學(xué)謝燕武團(tuán)隊(duì)，在物理學(xué)領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。他們運(yùn)用自主研發(fā)的高精度角分辨電阻（ARR）測(cè)量技術(shù)，在LaAlO?/KTaO?(111)（簡(jiǎn)稱LAO/KTO）超導(dǎo)界面中，深入探索并首次揭示了超導(dǎo)態(tài)及其周邊量子態(tài)中電子向列性的演變規(guī)律。這一重要發(fā)現(xiàn)已在頂級(jí)物理學(xué)期刊《Physical Review X》上發(fā)表。

在氧化物異質(zhì)結(jié)界面超導(dǎo)體系中，當(dāng)兩種特定的絕緣體材料被精心疊加時(shí)，它們的交界區(qū)域會(huì)展現(xiàn)出令人驚奇的導(dǎo)電性，甚至達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)。這個(gè)超導(dǎo)區(qū)域極其微小，厚度僅為4納米，大約相當(dāng)于10層原子的堆疊。當(dāng)超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，區(qū)域內(nèi)數(shù)以萬億計(jì)的電子會(huì)兩兩配對(duì)，形成自由的電子對(duì)，在材料中無阻礙地穿梭。

吳頡與謝燕武團(tuán)隊(duì)的研究，首次在這個(gè)神秘的二維界面上“捕捉”到了超導(dǎo)態(tài)即將到來的瞬間，揭示了界面上的微妙變化。他們發(fā)現(xiàn)，在超導(dǎo)臨界溫度附近，LAO/KTO界面的電阻降低并非均勻發(fā)生在所有方向上，而是首先在某一特定方向上顯著下降，預(yù)示著超導(dǎo)將在這個(gè)方向上率先涌現(xiàn)，隨后逐漸擴(kuò)展到其他方向。

隨著溫度的進(jìn)一步降低，接近超導(dǎo)臨界點(diǎn)時(shí)，電子們仿佛獲得了某種“集體意識(shí)”，開始沿某一方向成對(duì)凝聚。這種自發(fā)選擇特定方向并打破原有狀態(tài)的行為，被稱為電子向列性。研究團(tuán)隊(duì)通過精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，成功捕捉到了這一現(xiàn)象。

研究團(tuán)隊(duì)還在LAO/KTO的量子金屬態(tài)中發(fā)現(xiàn)了電子向列性的存在。通過施加垂直于界面的磁場(chǎng)，超導(dǎo)態(tài)被有效抑制，但界面電阻卻隨著溫度的降低逐漸趨于一個(gè)非零的有限值，形成了所謂的量子金屬態(tài)。這一特殊狀態(tài)的形成機(jī)制目前仍是物理學(xué)界的研究熱點(diǎn)，而吳頡團(tuán)隊(duì)的新發(fā)現(xiàn)為理解這一現(xiàn)象提供了新的線索。

在量子金屬態(tài)中，電子向列性依然存在，仿佛超導(dǎo)的“影子”仍然縈繞在界面上。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了超導(dǎo)態(tài)與量子金屬態(tài)之間可能存在的深刻聯(lián)系，也為探索高溫超導(dǎo)等前沿科學(xué)問題提供了新的視角和思路。