原子级台阶引导超导体中的量子涡旋——ScienceDaily

日本国家材料科学研究所（NIMS）旗下材料纳米结构中心MANA的研究人员发现，高度仅为一个原子的台阶能够引导超薄超导体中量子涡旋的运动。据ScienceDaily报道，在特定条件下，涡旋沿这类台阶移动比横向穿越台阶容易1000倍以上。

作为导向结构的原子级台阶

超导体在低于临界温度时能够无电阻地传导电流。与此同时，其中会出现量子涡旋——磁场穿透材料的区域，电流会围绕这些区域环流。涡旋的运动可能产生电阻，并影响超导体的运行。

由高志内桥领导的团队研究了一种表面具有平行且规则排列的原子级台阶的超薄超导体。研究人员利用扫描隧道显微镜确认了表面结构，并直接观察到沿这些台阶分布的涡旋。

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温度和磁场的影响

四探针电阻测量显示，涡旋的运动因方向不同而存在显著差异。在中等磁场强度下，这些台阶充当导向结构，为涡旋形成优先运动路径。

在约0.10至0.20特斯拉的磁场下，涡旋能够沿台阶自由移动，不会被材料缺陷滞留。研究人员将此称为无钉扎的一维涡旋运动。在最低温度下，涡旋运动由量子隧穿决定——这是一种量子物体穿过能量势垒的现象。

论文作者指出，可以利用温度和磁场调节这一效应。研究结果已发表在《Physical Review B》期刊上；该方法的实际应用仍需要进一步研发。