Explorando a singularidade quântica tridimensional de Griffiths em supercondutores não convencionais baseados em ferro

A exploração de transições de fase quânticas exóticas sempre foi um foco na física da matéria condensada. Fenômenos críticos em uma transição de fase são inteiramente determinados pela classe de universalidade, que é controlada pelos parâmetros espaciais e/ou de ordem e é independente de detalhes microscópicos.

A transição de fase quântica é uma classe de transições de fase que ocorre devido a flutuações quânticas, ajustadas por certos parâmetros do sistema no limite de temperatura zero. A transição de fase supercondutor-isolante/metal é um exemplo clássico de transição de fase quântica, que tem sido intensamente estudada por mais de 40 anos.

A desordem é considerada um dos fatores de influência mais importantes e, portanto, recebeu ampla atenção. Durante as transições de fase, o sistema geralmente satisfaz a invariância de escala, então a classe de universalidade será caracterizada por um único expoente crítico. Em contraste, a peculiaridade da singularidade quântica de Griffith é que ela quebra a invariância de escala tradicional, onde a física exótica emerge.

A física da singularidade de Griffiths remonta a 1969, quando o físico americano Griffiths propôs um tipo de transição de fase em que a invariância de escala é quebrada. Neste caso, o expoente crítico tende a divergir em vez de permanecer constante. A singularidade quântica de Griffith se refere à singularidade de Griffith em uma transição de fase quântica.

Desde a proposta da singularidade quântica de Griffith, ela só foi observada em filmes supercondutores convencionais de baixa dimensão e em alguns ferromagnetos tridimensionais. A existência da singularidade quântica de Griffith em supercondutores tridimensionais e em supercondutores não convencionais de alta temperatura ainda precisa ser confirmada experimentalmente. Tal confirmação lançará luz sobre a compreensão dos mecanismos na supercondutividade não convencional de alta temperatura.

Recentemente, um grupo de pesquisa liderado por Jian-Hao Chen, pesquisador do Centro Internacional de Materiais Quânticos da Escola de Física da Universidade de Pequim, da Academia de Ciências da Informação Quântica de Pequim e do Laboratório Principal de Física e Química de Nanodispositivos da Universidade de Pequim, conduziu um estudo sobre a singularidade quântica de Griffith em CaFe monocristalino supercondutor não convencional de alta temperatura._1-xEm_xComoF.

Eles e seus colaboradores cultivaram uma série de CaFe subdopado de alta qualidade_1-xEm_xCristais únicos de AsF pela primeira vez, e observaram a evolução de singularidades quânticas de Griffith anisotrópicas quase bidimensionais para tridimensionais nas transições de fase supercondutor-metal conduzidas por campos magnéticos. Eles encontraram singularidade quântica de Griffith robusta que pode durar até 5,3 K, e pode ser induzida nos cristais por campos magnéticos paralelos e verticais.

Este estudo não apenas revela a universalidade da singularidade quântica de Griffith em sistemas supercondutores tridimensionais e não convencionais de alta temperatura, mas também prevê a possibilidade de encontrar estados quânticos de Griffith em famílias supercondutoras de alta temperatura mais não convencionais (ou seja, supercondutores à base de níquel e cobre), o que pode promover ainda mais a compreensão dos mecanismos não convencionais de supercondutividade de alta temperatura.

Os resultados foram publicados em Revista Nacional de Ciências em 2024, intitulado “Singularidade quântica tridimensional de Griffiths em supercondutores de ferro-pnictídeo em massa”.

Jian-Hao Chen foi o autor correspondente do artigo, e os coautores incluem Shao-Bo Liu, um bolsista de pós-doutorado, Congkuan Tian, ​​um estudante de doutorado, ambos do Centro Internacional de Materiais Quânticos da Escola de Física da Universidade de Pequim, e Yongqing Cai, um professor assistente da Escola de Física da Universidade de Tecnologia de Dalian.