MPLSUSTech

怎样判断一片薄晶体进入了超导态?

把一片晶体冷却,电阻从某个温度开始快速下降。要读懂这条曲线,需要知道电阻是怎样测的、转变温度是怎样定的,以及磁场能提供什么独立证据。

电阻曲线的哪一点是转变温度?

四端测量把两对电极分开使用:一对通入小电流,另一对测量样品上的电压降。电压表吸取的电流很小,因此电压引线的接触电阻对结果的影响很小。记录电压与电流之比,就得到电阻随温度变化的曲线 R(T)。

电阻开始下降、降到正常态电阻的一定比例、低到仪器分辨率以下,可能出现在三个不同的温度。薄片的转变有宽度时,应先看论文采用哪种判据,再比较不同厚度样品的临界温度。

电流能流过,磁场能进入吗?

零电阻说明电流可以沿样品中的一条路径无耗散地流动。另一项检验是迈斯纳效应:在足够弱的磁场中冷却样品,进入超导态时,平衡态的屏蔽电流会把磁场排出内部,磁场只在靠近表面的穿透深度内衰减。电阻测量探测导电路径,磁化测量探测样品对外场的响应。

第二类超导体在下临界场和上临界场之间仍然超导,但部分磁通以涡旋形式进入材料。因此,判断薄片中的磁场响应时,温度、场强和磁场相对晶面的方向都需要说明。

测量示意与公式

RT转变区
示意图 · 升温时,电阻 R 从仪器分辨极限以下升至正常态。图中阴影表示转变区,未给出具体材料的测量数据。
R(T₉₀) = 0.90 × R(10 K)

这篇论文采用的一个转变判据。例如,若样品在 10 K 的电阻为 100 Ω,曲线降到 90 Ω 时对应的温度就是 T₉₀。

读图练习:MoTe₂ 的 5.3 K 指什么?

Gan 等人在 2019 年论文图 2 中用 10 K 电阻的 90% 和 60% 两条判据比较薄片。对 4 nm 样品,90% 判据给出 5.3 K。论文说明,受制冷机最低温度所限,这组测量还没有到达完全零电阻。读图 3 时再核对场向:垂直晶面和平行晶面的磁场抑制超导的强度不同。

查看这项实验的原始论文 ↗

相关研究论文

参考资料