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首次发现:I型超导体也会打破时间反演对称

2026-10-03 02:55 EDT · AI 整理 · 依据 6 家来源(网络) · 823 字 · 阅读 …

印度博帕尔印度理工学院(IISER Bhopal)的研究团队发现,I型超导体YbSb₂在进入超导态时会打破时间反演对称性——这是该现象首次在I型超导体中被观测到。研究发表在《物理评论快报》上,美国物理学会《Physics》栏目也在9月23日作了专题报道。

I型超导体也出现“时间倒流破缺”

在物理学里,时间反演对称指把时间方向倒转,物理规律应该不变;超导态下这种对称性一旦被打破,就意味着电子配对的方式很不寻常,是“非常规超导”的标志性特征。但此前所有已知的对称性破缺案例都出现在II型超导体里——I型超导体一直被认为“简单”,是教科书里最乖的那一类。

领队拉维·普拉卡什·辛格教授的团队合成了YbSb₂单晶,先用电阻、磁化率和比热测量确认了它是如假包换的I型超导体。然后他们用μ子自旋谱(μSR)这种超灵敏的磁场探针,把晶体冷却到接近绝对零度后发现:超导转变温度之下,材料内部自发出现了微弱磁场——没有外加磁场,自己“长”出来的。这就是时间反演对称性破缺的直接证据。

实验加理论:三重态配对与拓扑性质并存

横场μSR测量进一步证实YbSb₂是全能隙的I型超导体。第一性原理计算还发现,YbSb₂是Z₂拓扑金属,费米面附近有一条狄拉克节线——这为奇异的超导态铺平了道路。

基于金兹堡-朗道对称性分析,团队推断最可能的超导基态是“内部反对称非幺正三重态”(INT态),一种电子以自旋三重态配对的非常规形式。有效模型计算还表明,这种态可能携带无能隙的马约拉纳表面态——这意味着YbSb₂还可能是个拓扑超导体。I型超导、三重态配对、非平庸拓扑,三者同体,非常罕见。

为研究非常规超导搭出新平台

为什么这项发现重要?过去研究非常规配对只能在II型超导体里做,而II型材料本身的涡旋、强关联等现象常常把信号搅浑。YbSb₂结构简单、行为“干净”,为研究非常规配对、超导与磁性、拓扑之间的关系提供了一个新的纯净平台。团队还在论文里指出,这类材料可能支持马约拉纳零能模——量子计算研究长期追逐的“圣杯”之一。

研究由安舒·卡塔里亚领衔,坎普尔印度理工学院和英国ISIS中子与μ子源的团队参与了实验合作。论文2026年1月提交预印本,经同行评审后正式发表。

对华人读者来说,这个新闻离生活看似很远,但它提醒我们:物理学的“常识”隔几年就被刷新一次。被认为是“最简单”的超导体,居然藏着最奇异的配对方式。下一代量子计算机的硬件材料,很可能就藏在这样不起眼的晶体里。

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科学