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研究背景

夸克膠子等離子體（QGP）是由量子波動(dòng)驅(qū)動(dòng)的特殊量子相，其特征是發(fā)散的有效臨界指數(shù)和量子格里菲斯奇點(diǎn)，因其在超導(dǎo)性研究中的重要作用而成為了研究熱點(diǎn)。然而，盡管QGP在二維超導(dǎo)體中得到了廣泛關(guān)注，但如何有效控制這一相仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。QGP的出現(xiàn)源于無(wú)序引起的稀疏超導(dǎo)區(qū)域的存在，這些區(qū)域在接近絕對(duì)零度時(shí)逐漸擴(kuò)展并引發(fā)量子格里菲斯奇點(diǎn)，與潔凈系統(tǒng)中的量子相變表現(xiàn)出根本差異。現(xiàn)有研究表明，QGP的特性受量子波動(dòng)、超導(dǎo)波動(dòng)以及自旋軌道耦合等因素的影響，但對(duì)其精確調(diào)控的研究仍然較為有限。

成果簡(jiǎn)介

為了解決這一問(wèn)題，中科大曾長(zhǎng)淦教授以及北京師范大學(xué)劉海文教授等人合作通過(guò)探索不同材料體系和結(jié)構(gòu)，提出了一些新的研究思路。例如，LaAlO₃/KTaO₃(110)超導(dǎo)界面被認(rèn)為是研究QGP的一個(gè)理想平臺(tái)，因其在量子波動(dòng)和超導(dǎo)性質(zhì)方面表現(xiàn)出獨(dú)特的特性。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)施加的磁場(chǎng)方向，可以有效地調(diào)控QGP的行為：在垂直磁場(chǎng)下，觀察到了異常QGP，其臨界場(chǎng)隨溫度下降而減小；而在平行磁場(chǎng)下，常規(guī)QGP表現(xiàn)為臨界場(chǎng)隨溫度下降而增加。此外，研究還表明，借助電場(chǎng)調(diào)控，量子波動(dòng)能夠進(jìn)一步影響QGP的相邊界。這些研究為我們提供了新的策略，通過(guò)控制量子波動(dòng)和電導(dǎo)修正，能夠有效地調(diào)節(jié)QGP，為量子材料的設(shè)計(jì)和量子器件的開(kāi)發(fā)提供了新的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。相關(guān)文章在《Science Advances》上發(fā)表題為“Effectively tuning the quantum Griffiths phase by controllable quantum fluctuations”的最新論文。

研究亮點(diǎn)

（1）實(shí)驗(yàn)首次在LaAlO₃/KTaO₃(110)界面上發(fā)現(xiàn)異常QGS和常規(guī)QGS，得到了QGP在不同磁場(chǎng)方向下的不同表現(xiàn)。通過(guò)施加垂直磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)低溫區(qū)出現(xiàn)異常QGP，其特征是臨界場(chǎng)隨著溫度降低而減小；而施加平行磁場(chǎng)時(shí)，常規(guī)QGP表現(xiàn)為臨界場(chǎng)隨著溫度下降而增加。

（2）實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制磁場(chǎng)方向和量子波動(dòng)修正電導(dǎo)的方式，研究了QGP的不同相邊界特性。垂直磁場(chǎng)下的異常QGS和平行磁場(chǎng)下的常規(guī)QGS展示了量子波動(dòng)在不同磁場(chǎng)方向下對(duì)QGP的可調(diào)控性。

（3）此外，研究還通過(guò)靜電門控調(diào)節(jié)QGP相邊界，發(fā)現(xiàn)門控可以有效地調(diào)節(jié)量子波動(dòng)，并進(jìn)一步影響QGS的表現(xiàn)。通過(guò)這一策略，實(shí)驗(yàn)提供了調(diào)控QGP的有效方法，并展示了量子波動(dòng)如何在不同條件下調(diào)節(jié)QGP狀態(tài)。

圖文解讀

圖1. LAO/KTO(110)界面的表征。

圖2. 在垂直磁場(chǎng)下LAO/KTO(110)界面上的異常QGS。

圖3. 在平行磁場(chǎng)下LAO/KTO(110)界面上的常規(guī)QGS。

圖4. VG調(diào)制異常相邊界和自旋軌道耦合能量。

結(jié)論展望

本文的研究為量子格里菲斯奇點(diǎn)（QGS）和夸克膠子等離子體（QGP）的調(diào)控提供了新的視角，尤其是在強(qiáng)自旋軌道耦合（SOC）作用下的量子波動(dòng)對(duì)超導(dǎo)性質(zhì)的影響。通過(guò)在LAO/KTO(110)界面上實(shí)驗(yàn)觀察到的異常和常規(guī)QGP，揭示了量子臨界點(diǎn)附近電導(dǎo)修正的變化，提供了操控QGP相的有效策略。研究表明，磁場(chǎng)方向和柵電壓的調(diào)控可以顯著影響量子波動(dòng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)QGP的相邊界，突破了以往理論中難以實(shí)現(xiàn)的QGP操控瓶頸。

此外，強(qiáng)SOC引發(fā)的自旋三重態(tài)通道和量子波動(dòng)對(duì)電導(dǎo)的影響，進(jìn)一步揭示了自旋軌道耦合對(duì)量子相變的復(fù)雜作用。通過(guò)這種調(diào)控方法，研究不僅深化了對(duì)QGP的理解，還為探索異質(zhì)量子相變提供了新的實(shí)驗(yàn)路徑。未來(lái)，類似的量子波動(dòng)調(diào)控策略可能推動(dòng)量子器件和量子計(jì)算領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，特別是在量子材料和量子模擬器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面，具有重要的科學(xué)價(jià)值和潛力。

文獻(xiàn)信息

Beilin Wang et al. ,Effectively tuning the quantum Griffiths phase by controllable quantum fluctuations.

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/12/02/0b0b16e1eb/

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