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【中國科學報】復旦大學、中國科大證實銅基超導體導電性與薄厚無關

時間:2019-11-04 10:46:23 來源:中國科學報

  本報訊 銅基超導體是一種優質的導電材料,近日,復旦大學物理學系張遠波團隊和中國科學技術大學陳仙輝院士合作,首次獲得了二維極限下的單層銅基超導體的導電數據,證明其具有與塊體銅基超導體相同的超導特性。10月31日,該項研究在線發表于《自然》。


  迄今為止,人類已經合成數十種銅基超導體,它們都具有相似的層狀原子結構,核心結構皆由銅氧面和由其他原子構成的平面經層層交替堆疊而成。銅基超導體的導電特性是否與其結構有關呢?


  研究團隊從一種具有代表性的銅基超導體——鉍鍶鈣銅氧(Bi-2212)出發,以氧化硅為襯底,成功得到大面積單層Bi-2212單晶。單層Bi-2212是一種對大氣及環境溫度極其敏感的材料,而目前的加工手段中,Bi-2212均不可避免地需要經過液相化學環境處理,或進行不同程度的加熱,制備單層Bi-2212晶體猶如“天方夜譚”。


  歷時一年多的試錯,該團隊探索出一套制備單層Bi-2212輸運器件的完整方案。在電極的制備過程中,研究團隊自主開發出微電極冷焊技術,將銦/金箔電極在低溫下直接與薄層樣品接合,所有的制備都在零下40攝氏度的惰性氣體環境中完成。


  利用這一方案,單層Bi-2212單晶中的高質量超導轉變第一次展現在團隊眼前。之后,團隊又在單層樣品中復現了塊體材料的相圖。實驗發現,在最佳摻雜狀態下,單層Bi-2212的超導轉變溫度與塊體材料的數據幾乎完全一致,差別在實驗誤差范圍之內。結合輸運和掃描隧道顯微學及譜學數據,該團隊發現,二維極限下單層Bi-2212相圖中的超導態、贗能隙態、電荷密度波態以及模特絕緣態都與塊體行為保持一致。


  (卜葉、黃辛、范瓊、楊凡)


  相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-019-1718-x


  《中國科學報》 (2019-11-04 第4版 綜合)


  http://news.sciencenet.cn//sbhtmlnews/2019/11/350771.shtm?id=350771


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