Image de l'appareil et supraconductivité induite par la grille dans SrTiO3. (A) Image schématique de SrTiO3-EDLT. (B) Résistance au premier harmonique longitudinal Rωxx en fonction de la température T sous champ magnétique nul. Le courant appliqué était de 0,05 A, qui peut être considérée comme une limite de courant faible. La température de transition définie par le milieu de la transition résistive est estimée à Tc0 =0,31 K (flèche noire). La ligne pointillée noire montre la courbe d'ajustement par la formule Halperin-Nelson, où RN =128 ohms est la résistance à l'état normal (T =1,0 K), b =1,17 est une constante sans dimension, et TBKT =0,18 K est la température de transition BKT (triangle blanc). La tension de grille appliquée VG est de 5,0 V à T =260 K. Crédit :Science Advances, doi:10.1126/sciadv.aay9120
En science des matériaux, les systèmes électroniques bidimensionnels (2DES) réalisés à la surface ou à l'interface de l'oxyde sont un candidat prometteur pour obtenir de nouvelles propriétés physiques et fonctionnalités dans un domaine quantique en émergence rapide. Alors que 2-DES fournit une plate-forme importante pour les événements quantiques exotiques, y compris l'effet Hall quantique et la supraconductivité, l'effet de brisure de symétrie; passage d'un état désordonné à un état plus défini, sur de telles phases quantiques restent insaisissables. Le transport électrique non réciproque ou la résistance dépendante de la direction du courant est une sonde pour la symétrie d'inversion brisée (présence d'un dipôle), comme observé sur plusieurs cristaux et interfaces non centrosymétriques. Dans un nouveau rapport, Yuki M. Itahashi et une équipe de scientifiques en physique appliquée, les nanosystèmes et la science des matériaux au Japon et aux États-Unis ont signalé un transport non réciproque à la surface d'un supraconducteur 2D constitué du matériau supraconducteur titanate de strontium (SrTiO
Les conducteurs polaires ou supraconducteurs sont des plateformes matérielles potentielles pour le transport quantique et les fonctionnalités spintroniques, avec un transport non réciproque inhérent qui reflète la propriété insaisissable de la rupture de la symétrie par inversion du temps (c'est-à-dire la rupture de la conservation de l'entropie). Des expériences récentes se sont étendues à l'état supraconducteur pour observer une grande réponse non réciproque et les physiciens sont désireux d'examiner la non-réciprocité autour de la transition supraconductrice dans un système électronique simple. Pour ça, Itahashi et al. électrodes de chrome/or (Cr/Au) conçues sur la surface atomiquement plate du SrTiO
Magnétotransport de SrTiO3 2D induit par grille pour les états normal et supraconducteur et amélioration du transport non réciproque dans la région de fluctuation supraconductrice. (A) magnétorésistance du premier et (B) deuxième harmonique (Rωxx et R2ωxx, respectivement) au-dessus de Tc0 (état normal, T =0,47 K et I =20 A) en fonction du champ magnétique dans le plan B perpendiculaire (rouge) ou parallèle (bleu) à I. Les encarts en (A) et (B) montrent la vue agrandie de Rωxx(B) et des schémas de la configuration de mesure (sens de B et I), respectivement. (C) Rωxx et (D) R2ωxx en dessous de Tc0 (région de fluctuation supraconductrice, T =0,22 K et I =1 A) en fonction du plan B perpendiculaire (rouge) ou parallèle (bleu) à I. En (A) à (D), Rωxx est normalisé par la résistance à l'état normal RN =128 ohms, et Rωxx/R2ωxx est symétrisé/anti-symétrisé en fonction de B. (E) Dépendance en température de γ=2R2ωxxRωxxBI à l'état normal (I =20 A) et région de fluctuation supraconductrice (I =0,9 A). Des cercles violets (état normal) et orange (région de fluctuation supraconductrice) ont été extraits de la mesure du balayage du champ magnétique de R2ωxx à B bas inférieur à 0,1 T, tandis que des points violets (état normal) et orange (région de fluctuation supraconductrice) ont été tracés à partir du balayage de température de R2ωxx sous B =3 et 0,05 T, respectivement. Crédit :Avancées scientifiques, doi:10.1126/sciadv.aay9120
Les scientifiques ont initialement détaillé la première résistance harmonique (FHR) correspondant à la résistance linéaire proche de la transition supraconductrice pour une tension de grille de 5,0 V. Les résultats ont montré une dépendance de la température à la limite de courant basse (I =0,05 A). Ensuite, ils se sont concentrés sur la résistance au second harmonique (SHR) et ont crédité le transport de charge non réciproque observé à la surface de SrTiO
L'équipe a ensuite mesuré la dépendance des signaux de deuxième harmonique sur le courant (I), à l'état normal et dans la région de fluctuation supraconductrice. A l'état normal, le SHR montrait une dépendance quasi linéaire au courant. Dans la région de fluctuation de la supraconductivité à un champ magnétique de 0,1 Tesla, le SHR a augmenté linéairement, atteint un maximum à environ 1 µA et supprimé - pour indiquer la suppression de la supraconductivité par le courant élevé.
Dépendance actuelle de la magnétorésistance du second harmonique dans la région de fluctuation normale et supraconductrice. (A) Magnétorésistance du second harmonique R2ωxx à T =0,85 K sous I =3 A (rouge), 5 A (orange), 10 A (vert), 15 A (bleu), et 20 A (violet). R2ωxx est antisymétrisé en fonction de B. (B) ∣∣R2ωxx∣∣ en B =3 T en fonction de I, qui est extrait de (A). La ligne continue noire montre l'ajustement linéaire en fonction de I. (C) Dépendance du champ magnétique de ∣∣R2ωxx∣∣ à T =0,22 K sous I =0,05 A (rouge), 0,6 A (orange), 1,2 A (vert), et 1,8 µA (bleu). Chaque courbe est décalée verticalement de 0,5 ohms et antisymétrisée en fonction de B. (D) Dépendance en courant de ∣∣R2ωxx∣∣ à B =0,1 T, où R2ωxx est considéré comme une fonction linéaire de B. Dans la région à faible courant (I ≤ 1 μA), ∣∣R2ωxx∣∣ augmente linéairement (ligne noire pleine) avec I. Crédit :Science Advances, doi:10.1126/sciadv.aay9120
Pour étudier plus avant l'origine possible du transport supraconducteur non réciproque dans le système, les scientifiques ont mesuré la dépendance à la température de FHR et SHR pendant la transition. Pour y parvenir, ils ont noté la dépendance du champ magnétique de FHR et SHR à diverses températures et ont spécifiquement observé que le SHR était largement amélioré pendant le transport supraconducteur. Bien qu'Itahashi et al. appliqué un courant relativement important et un champ magnétique dans le plan, ils ont enregistré un état de résistance nulle à la température la plus basse. Les résultats impliquaient l'existence de la transition Berenzinskii-Kosterlitz-Thouless (transition BKT), nommé d'après une équipe de physiciens de la matière condensée lauréats du prix Nobel. Il décrit les transitions de phase dans les systèmes 2D en physique de la matière condensée approximée par un modèle XY afin de comprendre les phases ou états inhabituels de la matière dans les supraconducteurs.
Dépendance en température de la magnétorésistance et du transport non réciproque. Dépendance au champ magnétique de (A) la première (Rωxx) et (B) la seconde (R2ωxx) magnétorésistance harmonique à T =0,16 K (rouge), 0,19 K (orange), 0,22 K (vert), 0,26 K (bleu), 0,29 K (violet), 0,33 K (noir), et 0,37 K (rose), respectivement. En (B), chaque courbe est décalée verticalement de 0,5 ohms. Rωxx/R2ωxx est symétrisé/antisymétrisé en fonction de B. Variation de température de (C) Rωxx et (D) γ sous B =0,05 T et I =0,9 A. Dans cette région, R2ωxx est linéaire en fonction de B et I. Rωxx/γ est symétrisé/antisymétrisé en fonction de B. La structure caractéristique (structure de pli autour de T =0,24 K et structure de pic autour de T =0,17 K) apparaît en (D), selon laquelle on peut identifier deux régions du transport non réciproque d'origines différentes, c'est à dire., région de paraconductivité et région de vortex. A la température la plus basse, l'état de résistance zéro est observé, où Rωxx et γ deviennent négligeables. Grossissement de dans (E) région de paraconductivité et (F) région de vortex. La ligne pointillée noire dans (E) montre la courbe d'ajustement par γ(T)=γs(1−R(T)RN)2, et la ligne pointillée noire dans (F) indique la courbe d'ajustement par γ(T)=C(T−TeffBKT)−3/2. La résistance à l'état normal RN =128 ohms est définie comme Rωxx à T =1,0 K. Crédit :Science Advances, doi:10.1126/sciadv.aay9120
De cette façon, Yuki M. Itahashi et ses collègues ont proposé un transport non réciproque dans des supraconducteurs 2D non centrosymétriques (sans symétrie d'inversion) dans un champ magnétique. Le transport non réciproque provient de la fluctuation d'amplitude de l'état normal à l'état supraconducteur. La dépendance à la température du coefficient de magnétorésistance non réciproque (γ) observée dans les expériences concorde bien avec l'image théorique microscopique du mouvement libre pour les tourbillons et antivortex thermiquement excités dans les supraconducteurs polaires 2-D. La réponse non réciproque est donc un outil puissant pour comprendre la nature des supraconducteurs non centrosymétriques.
Itahashi et al. pensent que le transport non réciproque pourrait apparaître universellement pour différents matériaux dans les systèmes supraconducteurs interfaciaux à symétrie polaire. Les résultats fournissent des informations sur des fonctions auparavant inconnues de la supraconductivité et des informations importantes sur l'état électronique et les mécanismes d'appariement dans les supraconducteurs non centrosymétriques, en tant que sujet important pour une enquête plus approfondie. Les travaux ont mis en évidence le transport non réciproque dans les systèmes supraconducteurs interfaciaux tels que le supraconducteur 2-D induit par grille SrTiO
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