绝缘体“叠加”出超导新发现：电子向列性在超导界面上演“先导剧”

近日，西湖大学理学院吴颉研究团队携手浙江大学谢燕武团队，在物理学领域取得了突破性进展。他们运用自主研发的高精度角分辨电阻（ARR）测量技术，在LaAlO₃/KTaO₃(111)（简称LAO/KTO）超导界面中，深入探索并首次揭示了超导态及其周边量子态中电子向列性的演变规律。这一重要发现已在顶级物理学期刊《Physical Review X》上发表。

在氧化物异质结界面超导体系中，当两种特定的绝缘体材料被精心叠加时，它们的交界区域会展现出令人惊奇的导电性，甚至达到超导状态。这个超导区域极其微小，厚度仅为4纳米，大约相当于10层原子的堆叠。当超导现象发生时，区域内数以万亿计的电子会两两配对，形成自由的电子对，在材料中无阻碍地穿梭。

吴颉与谢燕武团队的研究，首次在这个神秘的二维界面上“捕捉”到了超导态即将到来的瞬间，揭示了界面上的微妙变化。他们发现，在超导临界温度附近，LAO/KTO界面的电阻降低并非均匀发生在所有方向上，而是首先在某一特定方向上显著下降，预示着超导将在这个方向上率先涌现，随后逐渐扩展到其他方向。

随着温度的进一步降低，接近超导临界点时，电子们仿佛获得了某种“集体意识”，开始沿某一方向成对凝聚。这种自发选择特定方向并打破原有状态的行为，被称为电子向列性。研究团队通过精心设计的实验，成功捕捉到了这一现象。

研究团队还在LAO/KTO的量子金属态中发现了电子向列性的存在。通过施加垂直于界面的磁场，超导态被有效抑制，但界面电阻却随着温度的降低逐渐趋于一个非零的有限值，形成了所谓的量子金属态。这一特殊状态的形成机制目前仍是物理学界的研究热点，而吴颉团队的新发现为理解这一现象提供了新的线索。

在量子金属态中，电子向列性依然存在，仿佛超导的“影子”仍然萦绕在界面上。这一发现不仅揭示了超导态与量子金属态之间可能存在的深刻联系，也为探索高温超导等前沿科学问题提供了新的视角和思路。