中国粉体网讯  近日，由哈尔滨工业大学、比利时列日大学、英国布里斯托大学、北京工业大学、比利时鲁汶大学、中南大学和丹麦高等研究院的研究人员组成的国际科研团队，在三维超导多晶金刚石纳米线中发现与量子相滑移相关的重入电阻态。相关成果以“Quantum Depletion of Superconductivity in Three-Dimensional Diamond Nanowires”为题发表在量子领域旗舰期刊《Advanced Quantum Technologies》上。 

研究背景

基于传统电子材料的信息技术正快速逼近其极限。为了开发新型器件，必须采用先进的材料与纳米技术，以实现减小体积、提升性能及降低能耗的目标。

金刚石作为一种宽带隙半导体，因其在热学、功率与逻辑电子学以及机电等领域的卓越性能而受到广泛关注。除了为半导体行业带来益处之外，金刚石作为新兴量子现象的主要材料，还为量子信息技术的发展开辟了新的前景，例如，金刚石中带负电荷的色心自旋态已被证实具有在量子计算领域的潜力，而铁磁超导金刚石薄膜中发现的Yu-Shiba-Rusinov能带则为实现拓扑保护的量子比特工程奠定了基础。

研究内容

该研究制备的纳米线由超导金刚石晶粒组成，而超导晶粒又被横向高阻晶界分隔开来，因此具有竹节状结构。研究人员从概念上将这些三维纳米线视为由约瑟夫结组成的一维链状结构，并利用Giordano为一维超导体系建立的量子相滑移理论模拟重现了三维金刚石纳米线中观测到的重入电阻态。

重硼掺杂多晶金刚石薄膜制备的超导金刚石纳米线的可重入电阻态

这些金刚石纳米线直径远大于相干长度，处于三维超导区域。低温下，超导相变被电阻骤升打断（重入电阻态）。随温度降低，重入电阻态缓慢衰减为电阻尾，逼近绝对零度。与电阻温度依赖性一致，变更磁场与电流时，重入电阻态表现为超导相变中的电阻峰。这些发现与一维超导纳米线量子相滑移效应特征高度相似。

该研究首次证实量子相滑移效应能对三维超导系统中的量子凝聚产生重要影响。重入电阻态的发现丰富了相位滑移现象学，新发现将推动纳米尺度下超导有序参数拓扑波动机制的实验和理论研究。研究成果表明，超导多晶金刚石纳米线有望为量子信息技术研发开辟新路径，如磁通量量子比特和单光子探测器等。

关于超导纳米线

超导纳米线是单光子探测器、超高品质因子微波谐振腔和量子电路等多种先进量子器件的基本构筑单元，为各种高度先进的量子器件（如单光子探测器和量子电路）的发展奠定了基础。

超导纳米线单光子探测系统  图源：中国科学技术大学

参考来源：红外薄膜与晶体，中国科学技术大学官网

论文链接 https://doi.org/10.1002/qute.202400476

（中国粉体网编辑整理/轻言）

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