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铝酸镧（LaAlO3）和钽酸钾（KTaO3）是两种绝缘体，但当它们组合在一起时，界面就能导电甚至出现超导现象。这种刚刚“问世”的界面超导引发了科学家强烈的兴趣，来自浙江大学物理学系、中科院物理所等机构的学者发现，可以像调控半导体器件那样，用电压连续调控LaAlO3/KTaO3界面的导电性质：随着门电压的变化，它呈现了从超导到绝缘体的连续转变。同时，研究团队还在这一界面观测到了可被连续调控的量子金属态等许多新奇的物理现象。
5月14日，相关论文Electric field control of superconductivity at the LaAlO3/KTaO3(111) interface （电场控制LaAlO3/KTaO3(111)界面超导）在《科学》杂志上线。论文的共同第一作者为浙大物理系博士生陈峥、刘源和北京航空航天大学博士后张慧，共同通讯作者是浙大物理学系谢燕武研究员，中科院物理所孙继荣研究员和周毅研究员。这一发现为人们 探索 低温量子现象呈现了一个崭新的视野，也为超导器件的研发提供了新的思路。
“后浪”的潜力
LaAlO3/KTaO3界面超导今年2月才刚刚在《科学》杂志正式“亮相”。在氧化物界面超导家族中，它是第2位入列的成员。第1位成员亮相于2007年，瑞士日内瓦大学的Triscone教授等首先发现了LaAlO3/SrTiO3界面存在超导现象，这标志着一类新的超导体系的诞生：氧化物界面超导。
Triscone曾用一堆乐高积木来形容这一领域的奇妙：不同的氧化物可以产生千变万化的组合，每种组合都有可能蕴含着未知的、新奇的性质。随后的研究发现，LaAlO3/SrTiO3的超导电性可以通过电压来开启或关闭，就像我们熟知的半导体晶体管。这不禁让人畅想，或许有一天我们能制造出像半导体一样可以精确调控的超导器件。
而一年多前“新生”于美国阿贡实验室的“后浪”LaAlO3/KTaO3的表现似乎更加抢眼。今年2月发表在《科学》杂志的论文指出，“LaAlO3/KTaO3的超导转变温度可达2.2 K，比“前浪”的0.3 K高出整整一个数量级。那么，它会有哪些新奇的性质？它的超导性能也能被调控吗？它对超导机制研究会有哪些价值？神秘的“后浪”吸引着谢燕武与他的合作伙伴们去一探究竟。
新的调控，新的机制
调控，是实验科学研究最重要的手段和内容。在这项研究中，研究团队发现了一种全新的调控机制，实现了LaAlO3/KTaO3导电性能的连续可调，器件随电压变化呈现了从超导到绝缘体的连续转变。
博士生陈峥和刘源在实验室制备样品
谢燕武介绍，导电电子在低温下两两配对，就会形成超导，目前已知的超导体系已经非常多，但能被电场调控的凤毛麟角。“”我们的调控方法本质就是调控电子‘队形’的空间分布，让它们在更靠近或更远离界面的地方运动。”大量的电子在氧化物界面附近运动时，会受到晶格缺陷（也称为“无序”）的影响。“就像开车时遇到障碍物。”谢燕武说，这种“无序”越贴近界面分布越密集，越远离界面则越稀疏。基于这一认识，研究团队提出了改变电子空间分布的思路，“如果有更多的电子靠近界面，那么整体来看它们遇到的‘障碍物’就变多了，这会显著影响电子以及配对后的超导库珀对的运动行为。”
每平方厘米界面通道里有80万亿个电子在运动，门电压通过改变它们的“队形”来影响界面导电性能。“山丘”形状示意了无序分布。
在这项实验中，研究人员测试了门电压从-200V到150V区间时界面的导电性能。“不论在超导转变温度之上还是之下，导电性都可被连续调控。”陈峥说，“我们还直接测量了在这一门电压区间电子‘队形’空间分布的变化，当导电通道在6纳米时，LaAlO3/KTaO3看起来是很好的超导，而当通道调整到2纳米时，它就成了绝缘体。”
在-200V到150V区间施加不同门电压时LaAlO3/KTaO3界面的面电阻（Rsheet）随温度（T）的变化。
“从表面看，我们与传统的方法用的都是门电压调控，但背后的调控机制是全新的。”孙继荣说，传统的方法，无论是半导体晶体管还是LaAlO3/SrTiO3，都是通过改变电子浓度从而实现对导电性能的调控，这里需要有个前提：电子浓度低。“相比之下，LaAlO3/KTaO3界面的电子浓度很高，不能满足传统的调控机制，因此需要 探索 全新的调控机制。”孙继荣说，新的调控仍然以类似于晶体管的方式工作，但本质上打破了对于电子浓度的限制。
量子金属态
博士生陈峥与刘源全程参与了样品的制备和测试。陈峥说，研究过程中最难忘的是第一次测出LaAlO3/KTaO3超导性的那一天，“表明我们已经掌握了制备这一新界面超导体系的方法，可以开始我们的调控研究了！”随着实验的推进，越来越多的数据涌现出来。当他们把它们放到一起时，惊奇地发现在低温下是一条又一条水平线条，也就是说，无论温度在0~1K的区间内如何变化，LaAlO3/KTaO3界面的电阻几乎始终是恒定的。“量子金属是同时具有部分超导和金属特性的新奇量子物态，这是一种典型的量子金属态。”周毅说，“已知的量子金属态都只处于某个量子临界点上。而这个系统可以连续调控，量子金属作为相图上一个物相的形式存在，这个新发现令我们异常激动。”
器件实物照片。中间核心桥路部分宽20微米，长100微米。
《科学》杂志的审稿人对这项研究给与了非常积极的回应，他们认为，这种完全可调的超导性是一项引人入胜的突破，该项研究充分深入，几乎覆盖了过去10多年人们在LaAlO3/SrTiO3体系中获得的认识。
谢燕武说，对于新材料的研究主要来自于两方面动力：一方面想通过新材料的研究来发现新的物理现象，获得更多的科学见解；另一方面也试图为开发新器件提供有益的线索。“我们在LaAlO3/KTaO3体系中的研究可为理解超导机制，尤其是理解高温超导中的机制提供全新的素材，同时也为将来开发超导器件提供了新的视野。”
这项研究的团队成员还包括浙大物理系博士生孙艳秋、张蒙，以及浙大材料学院田鹤教授和刘中然博士。
研究得到了浙江大学量子交叉中心同仁在技术和设备等方面的全方位支持，同时还得到了浙江大学“双一流”建设专项经费、国家重点研发计划、国家自然科学基金、和浙江省重点研发计划等支持。
浙大物理系谢燕武课题组
论文DOI: 10.1126/science.abb3848
（原题为《浙大团队Science再发文！解密如何利用电场控制氧化物界面超导》。编辑张钟文）
奥斯特科学研究是什么
在教学工作者开展教学活动前，常常要根据教学需要编写教案，教案是教学活动的总的组织纲领和行动方案。如何把教案做到重点突出呢？下面是我帮大家整理的幼儿园大班科学游戏教案《电的秘密》含反思，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。
活动目标
1.让幼儿初步了解电的知识，并通过实验知道什么东西容易导电，什么不能导电。
2.培养幼儿对科学探索的兴趣。
3.教育幼儿日常生活中注意安全用电。
4.培养幼儿思考问题、解决问题的能力及快速应答能力。
活动准备
干电池、长木片、铜丝、铁钉、塑料袋、布条、纸条、橡皮管、塑料管、毛线、分类盒等若凡，幼儿已有的关于电池正、负极的知识。
活动过程
1.出示材料，引起幼儿动手操作的兴趣。
2.幼儿动手操作，探索其中的秘密。
(1)讲解操作的方法。幼儿边操作边探索，把每样东西一端放在电池的负极处小灯泡上，另一端在电池正极处小灯泡上，看看哪些能使灯泡亮起来，哪些不能。想一想为什么，将得出的结果用分类盒分开。
(2)幼儿自由研究操作，教师巡回指导。
(3)请幼儿互相讨论操作结果。
(4)请每组选出幼儿代表说说自己的操作情况。
3.学习安全用电常识。人的身体可以导电，插插头时，手不能碰插头的金属片，不能把手伸到插座内，更不能随便碰电源、电线。
活动反思：
在进行了上次活动《灯的秘密》之后，孩子们对电的有关知识产生了浓厚的兴趣，了解了电灯、电线、钨丝等相关知识。的确兴趣是孩子最好的老师，是一次活动顺利进行的有力保证，本次活动中97%的孩子对此产生了浓厚的兴趣，能够积极的参与到活动中来。
从活动目标的制定来看：有两点优势，其一与以前相比目标制定得更加清晰，层次分明，其二目标的制定符合本班幼儿的实际情况，由于本班幼儿从小班开始一直进行着科学实验活动，运用着各种实验方法，所以本次活动培养幼儿较敏锐的观察力，又随着幼儿年龄的增长开始培养幼儿初步的科学探究能力。
从活动过程的制定和实施来看：暴露出以下几点不足：
1、引导幼儿进行观察和动手操作的环节进行的还不够透彻。比如在幼儿拆开手电筒之后还应该引导幼儿全面的说出手电筒的材料，为后面的探究打下基础，而活动中却漏说了手电筒了还有开关、玻璃片等。
2、应该在吃透孩子上多下功夫。活动前设想的是孩子们会把手电筒完全拆开却没有想到很多孩子并没有这样做，导致了后面的.安装手电筒这一环节进行得不好，没有达到预想的后果致使75%的孩子并没有操作安装手电筒的过程。
3、活动进行中的灵活性还应该再加强。看到孩子们没有把手电工拆开就应该及时的提醒孩子们或进行正确的示范加以引导，这样就可以避免不该出现的问题。
4、心理素质和对待活动的认真态度还应该进一步提高。
本次活动较之以前相比也有进步的地方：例如活动的层次清晰了，更注重观察在科学活动中的分量，能把一节电池单拿出来引导幼儿进行较细致的观察，为后面的引导幼儿观察两节电池相联的方法打下基础。
在今后的活动中，还要取长补短不断的积累实践经验，提高自己的教学水平。
奥斯特实验原理是插电导线周边和永磁材料周边一样都存在着磁场,奥斯特实验揭露了一个十分重要的实质——电流周边存有磁场,电流是正电荷定向运动所产生的,因此插电导线四周的磁场实质上是健身运动正电荷所产生的。
1820年荷兰的科学家奥斯特（Oersted，1777～1851）在做检测时意外发现：当导线中以电流时，边上的小磁针出现了偏移。奥斯特实验用的都是一根直导线，之后专家又把导线卷成不规则形状，插电后科学研究电流的磁场。插电导线的周边存有磁场。
磁场方向与电流的方向相关，这种情况称为电流的磁效应。电生磁，电流根据导电性电磁线圈造成磁，如电磁阀，便是通过这些原理做出来的；磁生电，便是电磁线圈切割磁力线也会产生电流。如发电机组，便是通过这些原理制造出来的，大型水电厂，就是利用转动磁场。
激光切割内部结构上百吨的电磁线圈，造成电流的，随后变压，将电送至很远的地方。电生磁就是通过一条直的金属材料导线根据电流，那在导线周边空间将产生环形磁场。导线中流过的电流越多，所产生的磁场越高。磁场成环形，紧紧围绕导线周边。
磁场方向也可以根据“右手螺旋定则”又被称为 “安培定则一” 来决定：用左手握紧直导线，让拇指方向偏向电流方向，那样四指弯曲方位便是磁场方位。事实上，这类直导线所产生的磁场类似在导线周边放置了一圈NS极首尾相连的小磁铁效果。
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