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      拓?fù)浒虢饘賅C表面沉積金屬薄膜誘導(dǎo)的界面超導(dǎo)研究獲進(jìn)展

      拓普思實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng) 2020-05-04

        長期以來,拓?fù)涑瑢?dǎo)體因其在Majorana 費(fèi)米子的研究和拓?fù)淞孔悠骷系臐撛趹?yīng)用受到了廣泛的關(guān)注。然而,本征的拓?fù)涑瑢?dǎo)材料非常罕見。近年來,理論和實(shí)驗(yàn)研究表明:除本征的拓?fù)涑瑢?dǎo)材料之外,利用拓?fù)浣^緣體和拓?fù)浒虢饘俨牧贤負(fù)浞瞧接沟哪軒ЫY(jié)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)電性提供了可能的途徑。多數(shù)研究組采用摻雜、高壓或通過近鄰效應(yīng)等在拓?fù)浣^緣體和拓?fù)浒虢饘僦姓T導(dǎo)出可能的拓?fù)涑瑢?dǎo)。在2016和2017年,北京大學(xué)王健研究組和印度科學(xué)教育研究院Goutam Sheet研究組獨(dú)立地利用點(diǎn)接觸的方法在Cd3As2和TaAs等拓?fù)洳牧仙险T導(dǎo)出超導(dǎo)信號(hào)。這種通過金屬針尖誘導(dǎo)超導(dǎo)的方法為在拓?fù)洳牧现袑?shí)現(xiàn)超導(dǎo)提供了新的思路,但是,其內(nèi)在機(jī)理仍不清楚,另一方面,這種方法誘導(dǎo)的超導(dǎo)電性僅局限在針尖附近。 中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心超導(dǎo)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室SC10組長期致力于各種新型拓?fù)洹⒊瑢?dǎo)等材料的制備和探索;安徽大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院教授單磊(原物理所研究員)團(tuán)隊(duì)專注于超導(dǎo)以及拓?fù)洳牧系狞c(diǎn)接觸和掃描隧道譜研究。近年來,兩個(gè)團(tuán)隊(duì)密切合作、聯(lián)合攻關(guān),嘗試在多種拓?fù)洳牧现袑?shí)現(xiàn)超導(dǎo)。物理所超導(dǎo)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員陳根富指導(dǎo)的博士后何俊寶、博士生陳棟(已畢業(yè))等成功生長出了在費(fèi)米面附近具有三重簡并點(diǎn)的拓?fù)浒虢饘偬蓟u晶體(Phys. Rev. B?95, 195165 (2017))。研究團(tuán)隊(duì)利用點(diǎn)接觸方法,使用普通金屬針尖甚至是磁性金屬針尖在WC上成功誘導(dǎo)出了超導(dǎo)電性。為了進(jìn)一步理解實(shí)驗(yàn)中金屬針尖的作用,團(tuán)隊(duì)成員SC10組博士生朱文亮、博士后侯興元、博士生李婧(已畢業(yè))等在兩位老師的指導(dǎo)下采用磁控濺射的鍍膜方法在WC表面沉積了多種非磁性和磁性金屬薄膜,然后在沉積的金屬薄膜上用銀膠制備了點(diǎn)接觸結(jié),觀測到了標(biāo)志超導(dǎo)電性的安德列夫反射譜。實(shí)驗(yàn)完全排除了針尖局部壓力和尺寸限制效應(yīng)等因素,表明拓?fù)洳牧吓c金屬之間的耦合作用是超導(dǎo)出現(xiàn)的主要機(jī)制。而且,使用磁性針尖或磁性薄膜誘導(dǎo)出超導(dǎo)暗示該界面超導(dǎo)可能具有自旋三態(tài)配對的成分。另外,通過鍍膜實(shí)現(xiàn)金屬/拓?fù)洳牧辖缑娉瑢?dǎo)的方法簡便易行,將來可能適用于其它測量手段,從而進(jìn)一步了解超導(dǎo)的特性和產(chǎn)生的機(jī)制。 以上工作為探索拓?fù)涑瑢?dǎo)和相關(guān)量子器件制備提供了新的思路。相關(guān)工作分別發(fā)表于近期的Phys. Rev. B?100, 235109 2019)和Adv. Mater.?32, 1907970 (2020)。陳根富和單磊為文章的共同通訊作者,朱文亮、侯興元、李婧為共同作者,參與該工作合作研究的還包括物理所研究員胡江平、楊槐馨、任治安等。該工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部、中科院前沿重點(diǎn)項(xiàng)目和安徽省領(lǐng)軍人才引進(jìn)計(jì)劃的資助。