瑞士PSI利用μ子研究压力下量子材料超导机制

保罗·谢勒研究所(PSI)研究人员利用μ子自旋谱学，对高压条件下量子材料二硫化钽的超导行为进行了研究。相关成果已发表在《自然通讯》上。研究显示，在外部压力作用下，二硫化钽可在约三倍更高的温度下表现出三维超导性，这为理解非常规超导机制提供了新的实验依据。

二硫化钽是一种层状量子材料，由不同原子排列的交替层构成。研究人员介绍，在较高温度下，这些层均呈金属性并可导电;随着温度降低，其中一层会转变为绝缘体，另一层则出现超导性，使材料主要沿超导层平面导电。进一步冷却至接近绝对零度时，原本绝缘的层也会参与超导过程，整个材料表现为超导体。

在本次研究中，PSI团队对样品施加不同程度压力，并在极低温下分析电子行为。实验表明，高压会使二硫化钽的晶体层相互靠近，削弱绝缘层对超导层之间耦合的阻隔作用;同时，绝缘层中的部分电子被释放并参与超导。研究人员据此认为，压力不仅提高了超导出现的温度，也改变了超导态本身，使参与超导的电子数量增加约七倍，并形成更稳定的超导状态。

μ子自旋谱学是此次研究的关键手段。μ子是一类与电子性质相近、但质量约为电子200倍的基本粒子，寿命仅为几百万分之一秒。当μ子注入材料后，会对材料内部微观磁场产生敏感响应，从而帮助研究人员探测磁性和超导特性。PSI运行的瑞士μ子源(SμS)为相关实验提供了条件。

研究团队表示，这些实验结果将为理论物理研究提供重要参考，有助于更准确描述量子材料中的电子相互作用。PSI方面还提到，随着IMPACT项目推动μ子源升级，以及瑞士国家卓越研究中心Muoniverse相关研究推进，未来μ子束强度有望显著提升，为超导量子材料研究带来更多实验可能。