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研究背景

夸克膠子等離子體（QGP）是由量子波動驅(qū)動的特殊量子相，其特征是發(fā)散的有效臨界指數(shù)和量子格里菲斯奇點，因其在超導(dǎo)性研究中的重要作用而成為了研究熱點。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挑戰(zhàn)。QGP的出現(xiàn)源于無序引起的稀疏超導(dǎo)區(qū)域的存在，這些區(qū)域在接近絕對零度時逐漸擴展并引發(fā)量子格里菲斯奇點，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、超導(dǎo)波動以及自旋軌道耦合等因素的影響，但對其精確調(diào)控的研究仍然較為有限。

成果簡介

為了解決這一問題，中科大曾長淦教授以及北京師范大學(xué)劉海文教授等人合作通過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的一個理想平臺，因其在量子波動和超導(dǎo)性質(zhì)方面表現(xiàn)出獨特的特性。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)施加的磁場方向，可以有效地調(diào)控QGP的行為：在垂直磁場下，觀察到了異常QGP，其臨界場隨溫度下降而減小；而在平行磁場下，常規(guī)QGP表現(xiàn)為臨界場隨溫度下降而增加。此外，研究還表明，借助電場調(diào)控，量子波動能夠進(jìn)一步影響QGP的相邊界。這些研究為我們提供了新的策略，通過控制量子波動和電導(dǎo)修正，能夠有效地調(diào)節(jié)QGP，為量子材料的設(shè)計和量子器件的開發(fā)提供了新的理論依據(jù)和實驗平臺。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

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

（2）實驗通過控制磁場方向和量子波動修正電導(dǎo)的方式，研究了QGP的不同相邊界特性。垂直磁場下的異常QGS和平行磁場下的常規(guī)QGS展示了量子波動在不同磁場方向下對QGP的可調(diào)控性。

（3）此外，研究還通過靜電門控調(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，并進(jìn)一步影響QGS的表現(xiàn)。通過這一策略，實驗提供了調(diào)控QGP的有效方法，并展示了量子波動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. 在垂直磁場下LAO/KTO(110)界面上的異常QGS。

圖3. 在平行磁場下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（QGS）和夸克膠子等離子體（QGP）的調(diào)控提供了新的視角，尤其是在強自旋軌道耦合（SOC）作用下的量子波動對超導(dǎo)性質(zhì)的影響。通過在LAO/KTO(110)界面上實驗觀察到的異常和常規(guī)QGP，揭示了量子臨界點附近電導(dǎo)修正的變化，提供了操控QGP相的有效策略。研究表明，磁場方向和柵電壓的調(diào)控可以顯著影響量子波動，進(jìn)而調(diào)節(jié)QGP的相邊界，突破了以往理論中難以實現(xiàn)的QGP操控瓶頸。

此外，強SOC引發(fā)的自旋三重態(tài)通道和量子波動對電導(dǎo)的影響，進(jìn)一步揭示了自旋軌道耦合對量子相變的復(fù)雜作用。通過這種調(diào)控方法，研究不僅深化了對QGP的理解，還為探索異質(zhì)量子相變提供了新的實驗路徑。未來，類似的量子波動調(diào)控策略可能推動量子器件和量子計算領(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)計與應(yīng)用方面，具有重要的科學(xué)價值和潛力。

文獻(xiàn)信息

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

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