物理科学：科学家们观察了超导纳米线如何失去无阻态？

即使有今天的隐形斗篷，人们也无法穿过墙壁。但是，当配对在一起时，数以百万计的电子可以。

的电子执行这一招，称为宏观量子隧道，当它们配对并进入的空间中的区域，通常是关断的限制下的法律经典力学。问题在于，随着数百万个电子共同穿过超导纳米线，它们使用能量并释放热量。

可以构建热量，将线的部分转换成非超导状态。这种称为相位滑移的过程增加了对电气系统的抵抗力，并对设计新的纳米级超导体产生了影响。

现在，科学家已经观察到铝纳米线中的单个相滑，并描述了它们发生的性质和温度。杜克大学的物理学家Albert Chang说，这些信息可以帮助科学家从纳米级系统中去除相滑，从而可以产生更可靠的纳米线和更高效的纳米电子。

结果于9月21日在线发表在Physical Review Letters上。

首先在称为约瑟夫森结的系统中观察到宏观量子隧道效应。该装置具有连接两个超导体的薄绝缘层，这些超导体具有几纳米宽并具有三维形状。

然而，为了在更简单的系统中研究隧穿和阶段滑移，Chang和他的同事使用了由铝制成的单独的一维纳米线。新的观察结果“可以说是第一次在一维超导纳米线中隧穿数百万个电子的令人信服的证明，”负责这项研究的张说。

在实验中，导线的长度范围为1.5至10微米，宽度为5至10纳米。Chang将电线冷却到接近绝对零度的温度，大约1开尔文或-458华氏度。

在此温度下，金属晶格以允许电子克服彼此的负排斥的方式振动。电子成对，电流基本上无电阻，形成超导体。

电子对在量子力学空间中的路径中一起移动，这类似于旧手机的卷曲线。在他们绕路径行进的路上，所有电子都必须按比例缩放障碍物或墙壁。穿过该壁共同保持电子配对并且超导电流稳定。

但是，集体努力需要能量并释放热量。随着连续的缩放尝试，热量增加，导致导线的一部分经历从超导状态到非超导状态的相位滑移。

为了精确确定相位滑移是如何发生的，Chang改变了通过铝纳米线的温度和电流量。

实验表明，在较高的温度下，大约1.5开氏度并接近导线自然变为非超导的临界温度，电子具有足够的能量在壁上移动以保持电子配对并且超导电流稳定。

相比之下，纳米线中冷却到小于1度开尔文的电子没有能量来扩展墙壁。相反，电子隧道，或一起穿过墙壁，所说，杜的物理学家Gleb Finkelstein，张的合作者之一。

实验还表明，在相对较高的温度下，壁上的单个跳跃不会产生足够的热量以导致超导性的破坏。但多次跳跃呢。

然而，在最低温度下，配对电子仅需要在壁上或在其上经历一次成功的尝试，以产生足够的热量以同相滑动并破坏超导状态。

研究电子在特定温度下的行为为科学家们提供了构建可能没有相滑的超薄超导线的信息。Chang表示，改进后的电线很快就会在超小型电子元件的超小型电子元件中发挥作用，例如用于量子计算机的量子比特。