量子自旋誘導的YSR多重態(tài)和量子相變研究取得進(jìn)展
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超導體中的磁性雜質(zhì)可引起庫伯對的散射，從而在能隙中形成Yu-Shiba-Rusinov（YSR）束縛態(tài)。理論上，關(guān)于這些束縛態(tài)的描述通常是基于經(jīng)典自旋模型。實(shí)驗上，研究自旋的量子特性對YSR束縛態(tài)的影響至關(guān)重要，有助于更好地探討YSR束縛態(tài)中的量子多體問(wèn)題，并對目前利用YSR束縛態(tài)構建新型拓撲超導態(tài)具有積極意義。
近日，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所納米真空互聯(lián)實(shí)驗站研究員李坊森等聯(lián)合清華大學(xué)物理系宋燦立、馬旭村和薛其坤研究團隊，在單晶富勒烯超導薄膜K3C60表面制備了自旋分別為S=5/2,S=2和S=1的三種磁性原子Fe、Cr和Ni，并利用高分辨極低溫的掃描隧道顯微譜對它們誘導的YSR束縛態(tài)的磁場(chǎng)響應和空間分布進(jìn)行實(shí)驗研究?？蒲腥藛T觀(guān)察到這些量子自旋由于磁晶各向異性導致的YSR多重態(tài)，并發(fā)現這些YSR多重態(tài)具有相同的空間分布，屬于量子自旋誘導YSR束縛態(tài)的典型特征。同時(shí)，通過(guò)研究這些YSR束縛態(tài)在外加磁場(chǎng)下的響應行為，科研人員厘清了這些高自旋磁性原子的量子基態(tài)，并在實(shí)驗上觀(guān)察到Ni原子由單軸磁各向異性符號改變所誘導的宇稱(chēng)守恒的量子相變。該實(shí)驗澄清了量子自旋的磁各向異性與YSR多重態(tài)之間的關(guān)系，為探究YSR束縛態(tài)中的量子行為奠定了實(shí)驗基礎。該成果有望為發(fā)展基于YSR束縛態(tài)的拓撲超導理論提供實(shí)驗參考和指南。
相關(guān)研究成果以Quantum spin driven Yu-Shiba-Rusinov multiplets and fermion-parity-preserving phase transition?in K3C60為題發(fā)表在《科學(xué)通報》（Science?Bulletin）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、蘇州市基礎研究試點(diǎn)項目以及蘇州納米所納米真空互聯(lián)實(shí)驗站等的支持。
Fe原子在K3C60超導薄膜中誘導的YSR多重態(tài)（左）以及它們的空間分布（右）
