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首次發現:I型超導體也會打破時間反演對稱

2026-10-03 02:55 EDT · AI 整理 · 依據 6 家來源(網絡) · 823 字 · 閱讀 …

印度博帕爾印度理工學院(IISER Bhopal)的研究團隊發現,I型超導體YbSb₂在進入超導態時會打破時間反演對稱性——這是該現象首次在I型超導體中被觀測到。研究發表在《物理評論快報》上,美國物理學會《Physics》欄目也在9月23日作了專題報道。

I型超導體也出現“時間倒流破缺”

在物理學裏,時間反演對稱指把時間方向倒轉,物理規律應該不變;超導態下這種對稱性一旦被打破,就意味着電子配對的方式很不尋常,是“非常規超導”的標誌性特徵。但此前所有已知的對稱性破缺案例都出現在II型超導體裏——I型超導體一直被認爲“簡單”,是教科書裏最乖的那一類。

領隊拉維·普拉卡什·辛格教授的團隊合成了YbSb₂單晶,先用電阻、磁化率和比熱測量確認了它是如假包換的I型超導體。然後他們用μ子自旋譜(μSR)這種超靈敏的磁場探針,把晶體冷卻到接近絕對零度後發現:超導轉變溫度之下,材料內部自發出現了微弱磁場——沒有外加磁場,自己“長”出來的。這就是時間反演對稱性破缺的直接證據。

實驗加理論:三重態配對與拓撲性質並存

橫場μSR測量進一步證實YbSb₂是全能隙的I型超導體。第一性原理計算還發現,YbSb₂是Z₂拓撲金屬,費米麪附近有一條狄拉克節線——這爲奇異的超導態鋪平了道路。

基於金茲堡-朗道對稱性分析,團隊推斷最可能的超導基態是“內部反對稱非幺正三重態”(INT態),一種電子以自旋三重態配對的非常規形式。有效模型計算還表明,這種態可能攜帶無能隙的馬約拉納表面態——這意味着YbSb₂還可能是個拓撲超導體。I型超導、三重態配對、非平庸拓撲,三者同體,非常罕見。

爲研究非常規超導搭出新平臺

爲什麼這項發現重要?過去研究非常規配對只能在II型超導體裏做,而II型材料本身的渦旋、強關聯等現象常常把信號攪渾。YbSb₂結構簡單、行爲“乾淨”,爲研究非常規配對、超導與磁性、拓撲之間的關係提供了一個新的純淨平臺。團隊還在論文裏指出,這類材料可能支持馬約拉納零能模——量子計算研究長期追逐的“聖盃”之一。

研究由安舒·卡塔里亞領銜,坎普爾印度理工學院和英國ISIS中子與μ子源的團隊參與了實驗合作。論文2026年1月提交預印本,經同行評審後正式發表。

對華人讀者來說,這個新聞離生活看似很遠,但它提醒我們:物理學的“常識”隔幾年就被刷新一次。被認爲是“最簡單”的超導體,居然藏着最奇異的配對方式。下一代量子計算機的硬件材料,很可能就藏在這樣不起眼的晶體裏。

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