布朗大学的研究人员已经证明了一种不寻常的方法，即制动超导，即材料在零电阻下传导电流的能力。

研究表明，弱磁场 - 远远弱于通常中断超导的磁场 - 可以与材料中的缺陷相互作用，形成“随机规范场”，这是一种产生超导电子电阻的量子障碍过程。

“我们正以一种人们以前没有做过的方式破坏超导性，”负责这项工作的布朗物理学教授吉姆瓦莱斯说。“这种涉及随机规范场的相变已在理论上得到预测，但这是第一次在实验中得到证实。”

超导状态取决于“Cooper对”的形成和传播，耦合电子在非常低的温度下表现得更像波浪而不是粒子。它们的波状特性使它们能够穿过材料结构而不会沿着原子核撞击原子核，从而将它们遇到的阻力减小到零。Cooper对以Leon Cooper的名字命名，Leon Cooper是一位布朗大学的物理学家，他因为解释他们的行为而分享了1972年的诺贝尔物理学奖。

配对电子之间的键不是特别强。温度的小幅增加或强度高于临界值的磁场的存在(该值对于不同的材料而言稍微变化)可以使这些对分开，这又打破了超导状态。

但Valles和他的同事正在研究一种破坏超导性的不同方法。Valles的团队没有打破Cooper对，而是想看看它们是否能够破坏对传播的方式。

当材料是超导时，库珀对“同相”传播，意味着它们的量子波的峰和谷是相关的。将波异相撞击会使它们不能以维持超导状态的方式传播，从而将材料转换成绝缘体。

为了证明这一现象，Valles和他的同事创造了由非晶态铋制成的小型超导芯片。芯片由纳米级孔制成，以随机重复的蜂窝状图案排列。然后该团队向芯片施加了弱磁场。在正常情况下，超导体将击退低于临界值的任何磁场，并在超导下正确行进。但是铋的缺陷导致材料以一种特殊的方式排斥磁场，在每个孔周围形成微小的电流涡流。

对于超导Cooper对，这些涡旋形成了难以穿越的量子障碍过程。当前的漩涡以随机模式推动和拉动Cooper对的波阵面，使波浪相互撞击。

“我们正在扰乱波阵面的连贯运动，”瓦莱斯说。“因此，Cooper对变得局部化 - 无法传播 - 系统从超导变为绝缘。”

该研究可以帮助科学家了解超导材料的基本特性 - 特别是这些材料中的缺陷如何在某些情况下中断超导性。了解这些材料的行为方式将非常重要，因为量子计算机的应用会增加，这将依赖于一致的超导状态。

“在技术方面，我们试图越来越多地从材料的量子特性中获取，但这些材料都含有这些杂乱的杂质，”Valles说。“我们已经证明了某种量子随机性在由磁场和随机缺陷驱动的超导体中的影响。因此，这项工作可能有助于理解在利用材料的量子特性方面存在哪些局限性。“

Valles希望本文所述的发现和技术将带来其他根本性进展。

“我们可以用明确定义的方式对这个移相器进行调整，这种方式可以直接进行建模，这可以让我们更好地理解量子相位转换，”Valles说。“所以从某种意义上说，我们创造了一个新的旋钮，我们可以扭转这些旋钮以影响这些材料的特性，看看它们是如何反应的。”