拓扑超导体中时间反转对称性破裂的证据

时间:2020-04-06 18:38 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

拓扑超导体中时间反转对称性破裂的证据

手性超导体是一种具有独特拓扑特性的非常规超导体材料,它打破了时间反转对称性。最先被确定为手性超导体的两种材料是UPt3和Sr2RuO4。到目前为止,这两种材料中时间反转对称性被破坏的实验证据主要是基于在磁场为零的情况下收集的表面测量数据。

不过,圣母大学(University of Notre Dame)和西北大学(Northwestern University)的研究人员最近开始着手收集UPt3材料的手性超导性的新证据,这超出了零磁场条件下的表面测量。他们的论文发表在《自然物理》杂志上,其中包含了应用磁场对UPt3进行真实体积测量的结果,这为材料中时间反转对称性的破坏提供了直接证据。

“我们收集的测量数据是我和西北大学的威廉·哈尔佩林(William Halperin) 10年长期合作的结果,是由以前的(威廉·甘农[William Gannon])和现在的(基南毕业生[Keenan Avers])研究生推动的,”进行这项研究的研究人员之一莫滕·埃斯克尔森(Morten Eskildsen)告诉《自然物理》(Nature Physics)杂志。“考虑到最近的热导率和17O奈特位移测量对Sr2RuO4中奇偶校验对的早期测定提出了质疑,因此,它们尤其及时。”

与Sr2RuO4相比,在UPt3中可以很好地建立奇偶校验f波对。而在UPt3中,B相被预测为手性基态,如前所述,BTRS的证据来自于零外加磁场的表面探针测量。

拓扑超导体中时间反转对称性破裂的证据

在他们的实验中,Eskildsen和他的同事们使用小角度中子散射(SANS)技术收集了UPt3的体积测量数据,这是一种能够在细观尺度上表征材料结构的技术。他们使用的特定测量方案,包括场还原和场反转测量的比较,是由西北大学的James Sauls设计的,他是论文的合著者。

应用磁场引入超导材料中的涡流可以作为基体材料中超导状态的敏感探针。在他们的研究中,Eskildsen和他的同事使用涡流来探测超净UPt3晶体中的超导状态,特别是通过应用SANS材料的涡流晶格研究。

Eskildsen说:“涡流允许测量磁场强度和探测体超导特性,而不是表面特性。”“我们的测量数据是在两个领先的中子散射设施中收集的:美国田纳西州的橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)和法国格勒诺布尔劳厄兰格万研究所(Institut Laue Langevin)。“西北大学长期努力生产出高质量的UPt3单晶,使测量成为可能。”

拓扑超导体中时间反转对称性破裂的证据

Eskildsen和他的同事最近的研究提供了基于体积测量的材料UPt3中BTRS的第一个直接证据,最终证明了其超导性的内部自由度(即根据场历史获得不同涡旋晶格分裂的能力)。除了确认UPt3的BTRS外,这些发现还可以鼓励其他研究团队使用类似的测量技术来研究其他非常规超导体。

Eskildsen说:“我们目前还没有关于这种材料的进一步计划,但是这种测量方法可以用于其他可能打破时间反转对称性的超导体的小角度中子散射研究。”

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