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Aug 16, 2023

Vetro Bose e vetro Fermi

Scientific Reports volume 13, Numero articolo: 12434 (2023) Cita questo articolo 730 Accessi 1 Dettagli metriche altmetriche È noto che i materiali superconduttori bidimensionali subiscono una fase quantistica

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12434 (2023) Citare questo articolo

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È noto che i materiali superconduttori bidimensionali subiscono una transizione di fase quantistica da uno stato localizzato a superconduttività. Quando i campioni disordinati vengono raffreddati, i bosoni (coppie di Cooper) vengono generati dal vetro Fermi e raggiungono la superconduttività attraverso il vetro Bose. Tuttavia, non esiste un'espressione universale che rappresenti il ​​passaggio dal vetro Fermi al vetro Bose. Qui, abbiamo scoperto un flusso di gruppi di rinormalizzazione sperimentale dal vetro di Fermi al vetro di Bose in termini di semplice analisi della funzione \(\beta\). Per discutere l'universalità di questo flusso, abbiamo analizzato sistemi manifestamente diversi, vale a dire una perovskite bidimensionale stratificata a base di Nd e un film di Pb ultrasottile. Troviamo che tutti i nostri dati sperimentali per il vetro di Fermi rientrano perfettamente nella convenzionale funzione \(\beta\) autoconsistente. Sorprendentemente, tuttavia, si osservano flussi perpendicolari alla funzione \(\beta\) convenzionale nel regime debolmente localizzato di entrambi i sistemi, dove la localizzazione diventa ancora più debole. Di conseguenza, proponiamo una transizione universale dal vetro Bose al vetro Fermi con la nuova resistenza critica del foglio bidimensionale vicina a \(R_\Box = h/e^{2}\).

La conduttanza elettrica nel regime quantistico localizzato (un regime in cui la resistenza elettrica aumenta al diminuire della temperatura) di sistemi disordinati bidimensionali (2D) è stata discussa in termini di vetro di Fermi1,2,3,4,5,6,7 , ovvero localizzazione Mott8,9 per sistemi fortemente correlati e localizzazione Anderson10,11,12,13,14,15 per sistemi non interagenti16 e vetro Bose17,18. La fase del vetro Bose è una fase isolante con proprietà simili a quelle del vetro Fermi e può essere descritta come la fase in cui i bosoni 2D sono localizzati come risultato del disordine 2D spento. La localizzazione di Anderson è stata studiata utilizzando l'analisi della funzione \(\beta\)10,19. La localizzazione di Mott è stata studiata tramite conduzione di Mott a range hopping variabile (VRH)20 e tramite scaling Fisher per il modello bosone Hubbard8,21,22. Recentemente, Kapitulnik et al.23 hanno dimostrato che esiste uno stato anomalo del metallo che ribalta la saggezza convenzionale nel regime al di sotto della resistenza critica del foglio superconduttore8,24 \(h/4e^2\) ed è diverso dal regime localizzato quantistico. Tuttavia, una miscela bosone-fermione o una transizione dal vetro di Fermi al vetro di Bose non è stata considerata nel regime localizzato quantistico.

In questo articolo, abbiamo scoperto un flusso sperimentale del gruppo di rinormalizzazione dal vetro di Fermi al vetro di Bose in termini di analisi della funzione \(\beta\). La resistenza critica del foglio, che è il confine tra il vetro Bose e il vetro Fermi, è indicata intorno a \(h/e^{2}\) come mostrato in Fig. 1.

Diagramma di fase schematico per materiali superconduttori disordinati 2D. L'analisi in questo articolo d'aria ha utilizzato la funzione \(\beta\) per mostrare il comportamento del passaggio dal vetro Bose al vetro Fermi prima di raggiungere la superconduttività (freccia rossa bidirezionale). La resistenza critica del foglio, che è il confine tra il vetro Bose e il vetro Fermi, è indicata intorno a \(h/e^{2}\) (punto rosso). La freccia tratteggiata nera bidirezionale rappresenta gli esperimenti di Paalanen et al.18.

Per discutere l'universalità di questo flusso, abbiamo analizzato sistemi manifestamente diversi, vale a dire una perovskite bidimensionale stratificata a base di Nd e un film di Pb ultrasottile. La struttura stratificata della perovskite di \({\textrm{Nd}}_{2}{\textrm{CuO}}_{4}\) e \({\textrm{Nd}}_{2}{\textrm{PdO }}_{4}\) è chiamata struttura \(T'\)25 e ha una conduttanza elettronica 2D ideale perché lo strato conduttore è composto da unità planari quadrate. FICO. 2 mostra la dipendenza dalla temperatura della resistenza elettrica per i singoli cristalli \({\textrm{Nd}}_{2}{\textrm{CuO}}_{4-x}F_{x}\) singoli cristalli26, \({\textrm {Nd}}_{2-x}{\textrm{Ce}}_{x}{\textrm{CuO}}_{4}\) film sottili27, e \({\textrm{Nd}}_{2 -x}{\textrm{Ce}}_{x}{\textrm{PdO}}_{4}\) film sottili28. Il drogaggio fa sì che un sistema \({\textrm{Nd}}_{2}{\textrm{CuO}}_{4}\) subisca una transizione di fase quantistica dallo stato localizzato allo stato superconduttore, cioè superconduttività-isolante (S–I) transizione. La superconduttività non è osservata in un sistema \({\textrm{Nd}}_{2}{\textrm{PdO}}_{4}\) indipendentemente dalla quantità di drogaggio28. D'altra parte, il film ultrasottile di Pb29 viene fatto crescere sequenzialmente in situ mediante evaporazione del Pb. Il film si trasforma da superconduttore a isolante all'aumentare dello spessore del film (Fig. 2).