清華物理系薛其坤研究團(tuán)隊(duì)在界面引誘的高溫超導(dǎo)研究方面獲得進(jìn)展

　　2009年，他們首先在硅單晶襯底上的單原子層銦膜跟鉛膜中觀測到界面加強(qiáng)超導(dǎo)現(xiàn)象(Nat. Phys. 6, 104 (2010))，證實(shí)以上主意是可行的。單層銦膜和鉛膜的超導(dǎo)景象先后得到了日本兩個(gè)研究組輸運(yùn)試驗(yàn)的直接證明(Phys. Rev. Lett. 107, 207001 (2011), Phys. Rev. Lett. 110, 237001 (2013))以及美國實(shí)踐物理學(xué)家的支撐(Solid State Commun.151, 421 (2011))。2011年，在應(yīng)用分子束外延技巧制備高品質(zhì)二元化合物薄膜的基本上(Science 332, 1410 (2011))，該團(tuán)隊(duì)發(fā)明在鈦酸鍶襯底上的單層FeSe薄膜存在20 meV左右的超導(dǎo)能隙，是體相FeSe超導(dǎo)能隙的8倍，這預(yù)示著界面增強(qiáng)效應(yīng)導(dǎo)致的超導(dǎo)改變溫度有可能超過液氮溫度(Chin. Phys. Lett.29, 037402 (2012))。

　　該研究團(tuán)隊(duì)在勝利制備大面積原子級(jí)平坦的單原子層FeSe薄膜和與FeSe薄膜界面尖利的FeTe維護(hù)層的基礎(chǔ)上，與北京大學(xué)王健、華中科技大學(xué)李亮、日本東北大學(xué)陳明偉等配合，利用電輸運(yùn)和磁性丈量直接證明了外延于鈦酸鍶襯底上的單層FeSe薄膜的高溫超導(dǎo)特征，并且其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度被進(jìn)步至體相FeSe超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的5倍。如圖(a)所示，超導(dǎo)的起始轉(zhuǎn)變溫度為50 K以上，在23 K到達(dá)零電阻，這與圖(b)中的抗磁性測量得到的轉(zhuǎn)變溫度一致。因?yàn)殁佀徭J襯底和FeTe掩護(hù)層均不超導(dǎo)，因而該系統(tǒng)是目前已發(fā)現(xiàn)的、最薄的高溫超導(dǎo)資料，而且其臨界電流比體相FeSe高近兩個(gè)量級(jí)。

圖為鈦酸鍶襯底上單層FeSe薄膜的電輸運(yùn)（a）和磁性（b）測量成果。

　供稿：物理系 編纂：范麗

　 清華消息網(wǎng)1月21日電 近日，由清華大學(xué)物理系研究員馬旭村、副研究員王破莉、教授陳曦、助理傳授季帥華、教學(xué)王亞愚和薛其坤院士組成的研究團(tuán)隊(duì)以《單層FeSe薄膜中高溫超導(dǎo)特性的直接實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證》(Direct observation of high-temperature superconductivity in one-unit-cell FeSe films)為題在《中國物理快報(bào)》雜志上(Chin. Phys. Lett.31, 017401 (2014))上發(fā)文，文章發(fā)表后，美國《科學(xué)》（Science）雜志在 “編輯抉擇”(Editors’ Choice)中以“一個(gè)十分薄的超導(dǎo)材料”(A very thin superconductor)為題對該工作進(jìn)行了報(bào)道(Science 343, 230 (2014))，這標(biāo)記著該研究團(tuán)隊(duì)在界面誘導(dǎo)/增強(qiáng)的高溫超導(dǎo)研究上取得沖破。

　　自從1986年發(fā)現(xiàn)銅氧化物高溫超導(dǎo)至今已經(jīng)近三十年，但其機(jī)理作為物理學(xué)一個(gè)重要科學(xué)困難依然不得到解決。高溫超導(dǎo)材料均擁有層狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)成庫珀對的載流子起源于氧化物電荷庫層的摻雜，與導(dǎo)致量子霍爾效應(yīng)的兩維電子氣中載流子的來源無比相似。依據(jù)這些特色，薛其坤以為：高溫超導(dǎo)機(jī)理很可能就是基于電聲子作用的BCS理論，高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度源自于界面增強(qiáng)效應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)上，通過火子束外延技術(shù)制備結(jié)構(gòu)類似于高溫超導(dǎo)材料的異質(zhì)結(jié)可以對界面誘導(dǎo)/增強(qiáng)超導(dǎo)效應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證。假如這個(gè)設(shè)法得到證明，這不僅供給了一個(gè)尋找高溫超導(dǎo)體系的明白方式，而且還能夠利用高質(zhì)量薄膜樣品和其開放結(jié)構(gòu)對其機(jī)理進(jìn)行有效的研究。界面增強(qiáng)效應(yīng)早在1968年就由美國物理學(xué)家在傳統(tǒng)超導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)(Phys. Rev. Lett. 21, 1320 (1968))，然而否實(shí)用于非慣例高溫超導(dǎo)卻不得而知�；�于以上想法，物理系薛其坤、馬旭村、陳曦、賈金鋒等組成的研究團(tuán)隊(duì)，從2008年開始利用分子束外延-低溫強(qiáng)磁場掃描地道顯微鏡這個(gè)強(qiáng)盛的實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行高溫超導(dǎo)材料的探索和高溫超導(dǎo)機(jī)理的研究。

　　這一研究結(jié)果很快得到了海內(nèi)外高溫超導(dǎo)范疇的關(guān)注，中國科學(xué)院物理所、復(fù)旦大學(xué)、中國國民大學(xué)、美國斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、休斯頓大學(xué)和日本國家材料研究所等單位的科學(xué)家都隨后開端了這方面的研究。其中，中科院物理所周興江研究組和復(fù)旦大學(xué)封東來研究組的變溫角辨別光電子譜研究分辨顯示，該體制的電子構(gòu)造不同于體相FeSe，其超導(dǎo)能隙直到65 K甚至70 K才消散(Nat. Commun.3, 931 (2012), Nat. Mater. 12, 605 (2013), Nat. Mater. 12, 634 (2013))。最近，在這篇題為“單層FeSe薄膜中高溫超導(dǎo)特性的直接實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”工作中，他們觀測到單層FeSe薄膜的零電阻和抗磁性現(xiàn)象，并且其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和臨界電流密度分離為體相FeSe的數(shù)倍和數(shù)百倍。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，直接驗(yàn)證了外延于鈦酸鍶襯底上的單層FeSe是一種新型界面高溫超導(dǎo)體。此項(xiàng)工作對懂得高溫超導(dǎo)機(jī)制以及摸索新的高溫超導(dǎo)材料都具備主要的領(lǐng)導(dǎo)意思。

　 該研討工作得到了國度天然迷信基金、科技部重大研究打算、教導(dǎo)部&ldquo,清華內(nèi)訓(xùn);2011規(guī)劃”等項(xiàng)目標(biāo)贊助。

• 十分幸運(yùn)能成為清華大學(xué)經(jīng)管學(xué)院參謀委員會(huì)委員
• 但苦于始終想不到好的措施證實(shí)其公道性
• 合理多模式鎮(zhèn)痛、標(biāo)準(zhǔn)抗凝、公道抗沾染等
• 對從前一年國度的發(fā)展跟提高談了感觸
• 清華大學(xué)副校長邱勇
• 經(jīng)由歷時(shí)一年多的連續(xù)研討跟集中攻關(guān)
• 、&ldquo
• 　　陳旭強(qiáng)調(diào)