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学术 2024-12-02 08:30 广东

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研究背景

夸克胶子等离子体（QGP）是由量子波动驱动的特殊量子相，其特征是发散的有效临界指数和量子格里菲斯奇点，因其在超导性研究中的重要作用而成为了研究热点。然而，尽管QGP在二维超导体中得到了广泛关注，但如何有效控制这一相仍然是一个挑战。QGP的出现源于无序引起的稀疏超导区域的存在，这些区域在接近绝对零度时逐渐扩展并引发量子格里菲斯奇点，与洁净系统中的量子相变表现出根本差异。现有研究表明，QGP的特性受量子波动、超导波动以及自旋轨道耦合等因素的影响，但对其精确调控的研究仍然较为有限。

成果简介

为了解决这一问题，中科大曾长淦教授以及北京师范大学刘海文教授等人合作通过探索不同材料体系和结构，提出了一些新的研究思路。例如，LaAlO₃/KTaO₃(110)超导界面被认为是研究QGP的一个理想平台，因其在量子波动和超导性质方面表现出独特的特性。

科学家们发现，通过调节施加的磁场方向，可以有效地调控QGP的行为：在垂直磁场下，观察到了异常QGP，其临界场随温度下降而减小；而在平行磁场下，常规QGP表现为临界场随温度下降而增加。此外，研究还表明，借助电场调控，量子波动能够进一步影响QGP的相边界。这些研究为我们提供了新的策略，通过控制量子波动和电导修正，能够有效地调节QGP，为量子材料的设计和量子器件的开发提供了新的理论依据和实验平台。相关文章在《Science Advances》上发表题为“Effectively tuning the quantum Griffiths phase by controllable quantum fluctuations”的最新论文。

研究亮点

（1）实验首次在LaAlO₃/KTaO₃(110)界面上发现异常QGS和常规QGS，得到了QGP在不同磁场方向下的不同表现。通过施加垂直磁场，发现低温区出现异常QGP，其特征是临界场随着温度降低而减小；而施加平行磁场时，常规QGP表现为临界场随着温度下降而增加。

（2）实验通过控制磁场方向和量子波动修正电导的方式，研究了QGP的不同相边界特性。垂直磁场下的异常QGS和平行磁场下的常规QGS展示了量子波动在不同磁场方向下对QGP的可调控性。

（3）此外，研究还通过静电门控调节QGP相边界，发现门控可以有效地调节量子波动，并进一步影响QGS的表现。通过这一策略，实验提供了调控QGP的有效方法，并展示了量子波动如何在不同条件下调节QGP状态。

图文解读

图1. LAO/KTO(110)界面的表征。

图2. 在垂直磁场下LAO/KTO(110)界面上的异常QGS。

图3. 在平行磁场下LAO/KTO(110)界面上的常规QGS。

图4. VG调制异常相边界和自旋轨道耦合能量。

结论展望

本文的研究为量子格里菲斯奇点（QGS）和夸克胶子等离子体（QGP）的调控提供了新的视角，尤其是在强自旋轨道耦合（SOC）作用下的量子波动对超导性质的影响。通过在LAO/KTO(110)界面上实验观察到的异常和常规QGP，揭示了量子临界点附近电导修正的变化，提供了操控QGP相的有效策略。研究表明，磁场方向和栅电压的调控可以显著影响量子波动，进而调节QGP的相边界，突破了以往理论中难以实现的QGP操控瓶颈。

此外，强SOC引发的自旋三重态通道和量子波动对电导的影响，进一步揭示了自旋轨道耦合对量子相变的复杂作用。通过这种调控方法，研究不仅深化了对QGP的理解，还为探索异质量子相变提供了新的实验路径。未来，类似的量子波动调控策略可能推动量子器件和量子计算领域的进一步发展，特别是在量子材料和量子模拟器的设计与应用方面，具有重要的科学价值和潜力。

文献信息

Beilin Wang et al. ,Effectively tuning the quantum Griffiths phase by controllable quantum fluctuations.Sci. Adv.10,eadp1402(2024).DOI:10.1126/sciadv.adp1402

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