長期以來，對準(zhǔn)一維超導(dǎo)體中的超導(dǎo)-絕緣體轉(zhuǎn)變（SIT）機(jī)理存在爭論，其核心是絕緣態(tài)的本質(zhì)是什么，究竟是什么參量控制了這個SIT轉(zhuǎn)變。中國科學(xué)院強磁場科學(xué)中心田明亮課題組通過對不同直徑的Nb2PdS5單晶納米線的研究發(fā)現(xiàn)，其轉(zhuǎn)變機(jī)理并非是普遍認(rèn)為的正常態(tài)電阻達(dá)到一個普適量子電阻來控制，而是由納米線面積來控制。另外，處于絕緣態(tài)的Nb2PdS5超細(xì)納米線其輸運特性表現(xiàn)出奇異的冪函數(shù)非線性行為。結(jié)果分析表明：Nb2PdS5納米線的絕緣態(tài)性質(zhì)完全可以用擴(kuò)展的變程跳躍模型來解釋，而不是傳統(tǒng)認(rèn)為的準(zhǔn)一維電子系統(tǒng)的Luttinger輸運機(jī)制。
Nb2PdS5是近期發(fā)現(xiàn)的一種具有超高臨界磁場的新型準(zhǔn)一維超導(dǎo)體，其晶體由準(zhǔn)一維金屬鏈堆垛而成，是研究準(zhǔn)一維超導(dǎo)電子結(jié)構(gòu)的理想體系。課題組寧偉副研究員通過與張昌錦研究員課題組合作，通過化學(xué)剝離塊體單晶纖維，得到各種尺寸的單晶納米線，并對其超導(dǎo)電性進(jìn)行了深入研究。研究發(fā)現(xiàn)，隨著尺寸的逐漸減小，納米線超導(dǎo)電性逐漸變?nèi)醪⒆罱K導(dǎo)致SIT，且出現(xiàn)SIT時的電阻與量子電阻沒有直接關(guān)系。更為重要的是，處于絕緣態(tài)的超細(xì)納米線，其電子輸運行為隨著溫度和偏置電壓均表現(xiàn)出反常的冪指數(shù)（power-law）行為，且不同溫度下的電壓-電流（V-I）曲線能夠歸一化為同一條曲線，而且在低溫時出現(xiàn)電導(dǎo)飽和的特征。
在傳統(tǒng)的準(zhǔn)一維電子系統(tǒng)中，冪指數(shù)和其歸一化行為通常認(rèn)為是滿足Luttinger液體理論的重要證據(jù)。但是在本研究發(fā)現(xiàn)，雖然電子輸運也表現(xiàn)出冪指數(shù)特征，但是Luttinger液體理論并不完全適用，而擴(kuò)展的變程跳躍模型反而可以很好地解釋電子的各種行為。相關(guān)研究結(jié)果對重新深入認(rèn)識準(zhǔn)一維電子系統(tǒng)中電子的冪指數(shù)輸運行為和Luttinger液體理論的適用范圍具有重要的啟發(fā)作用。相關(guān)論文發(fā)表在近期出版的Appl. Phys. Lett.上。
該項研究獲得科技部“973”項目、基金委國家自然科學(xué)基金項目的支持。
(a) Nb2PdS5單晶納米線的SEM圖像；(b) Nb2PdS5的晶體結(jié)構(gòu)圖；(c) 經(jīng)過微加工后的Nb2PdS5納米線器件
單根Nb2PdS5納米線的V-I曲線和不同溫度下的曲線歸一化行為
