本课题组成立于2002年,主要研究方向为介观尺度超导体中的量子现象,所研究的材料包括具有介观尺度人工结构的超导材料、微纳尺度超导体等。此外还开展金属和超导体超材料(Metamaterial)中的表面等离子体、非常规超导体及相关材料的远红外光谱学研究。目前承担多项科技部和国家基金委的科研项目。

介观尺度超导体中量子现象的研究

当材料的尺度与其某个特征长度相当时,就有可能表现出与宏观尺度样品不同的物理性质。研究各种介观尺度的材料体系将大大加深我们对材料物理本质的理解,拓展我们对物理规律的认识。在介观尺度超导体的研究方面,由于超导体具有一些特征长度,如相干长度和超导穿透深度,当样品的尺度与这些长度相当时,超导体的性质就会表现出尺寸效应。具有介观尺度人工结构的超导体表现出了十分丰富的物理内容,而其中的诸多物理现象仍等待我们去探索。

金属和超导体超材料中的亚波长表面等离子体

具有介观尺度周期性人工结构的金属材料在亚波长(subwavelength)光学方面的特性逐渐受到人们的关注。对于沉积在某种介电材料表面的金属薄膜,当金属被刻蚀成具有微纳尺度的周期性人工点阵时,它会对某个特定的波长表现出增强透射的效应。围绕这种介观尺度人工结构中的表面等离子体开展的各项研究,大大地促进了亚波长光学的发展,并在此基础之上发展出各类相关的亚波长光方面的概念型器件。但是,对于此类表面等离子体现象,还未有在超导体上进行此类工作的报道。人造材料中的亚波长表面等离子体的波长是可以通过改变人工结构的周期以及材料的介电常数来调节的。假如我们把这种等离子体波的频率调节到超导体的超导能隙以下,就可以结合超导物性和亚波长表面等离子体来进行研究,探索超导材料中亚波长表面等离子体传播的特性,并利用亚波长表面等离子体来对超导物性进行研究,同时找到减小亚波长表面等离子体传播损耗的途径,并进一步开发出可能的应用。

超导体和关联电子体系中的远红外光谱学研究

金属材料的性质主要是由其费米面附近的电子所决定的,远红外光为几个波数到几百个波数的电磁波,它是探测费米面附近电子行为的重要手段之一。通过测量金属和超导材料的反射谱,再利用K-K变换,我们就可以得到所研究材料的光电导谱,从而帮助我们理解起电荷动力学过程。