薛其坤以為

2014-05-02 11:47 來源：http://m.sustainablelifeonearth.com/ 閱讀：次

清華物理系薛其坤研究團隊在界面引誘的高溫超導研究方面獲得進展

　　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超導現(xiàn)象(Nat. Phys. 6, 104 (2010))，證實以上主意是可行的。單層銦膜和鉛膜的超導景象先后得到了日本兩個研究組輸運試驗的直接證明(Phys. Rev. Lett. 107, 207001 (2011), Phys. Rev. Lett. 110, 237001 (2013))以及美國實踐物理學家的支撐(Solid State Commun.151, 421 (2011))。2011年，在應用分子束外延技巧制備高品質二元化合物薄膜的基本上(Science 332, 1410 (2011))，該團隊發(fā)明在鈦酸鍶襯底上的單層FeSe薄膜存在20 meV左右的超導能隙，是體相FeSe超導能隙的8倍，這預示著界面增強效應導致的超導改變溫度有可能超過液氮溫度(Chin. Phys. Lett.29, 037402 (2012))。

　　該研究團隊在勝利制備大面積原子級平坦的單原子層FeSe薄膜和與FeSe薄膜界面尖利的FeTe維護層的基礎上，與北京大學王健、華中科技大學李亮、日本東北大學陳明偉等配合，利用電輸運和磁性丈量直接證明了外延于鈦酸鍶襯底上的單層FeSe薄膜的高溫超導特征，并且其超導轉變溫度被進步至體相FeSe超導轉變溫度的5倍。如圖(a)所示，超導的起始轉變溫度為50 K以上，在23 K到達零電阻，這與圖(b)中的抗磁性測量得到的轉變溫度一致。因為鈦酸鍶襯底和FeTe掩護層均不超導，因而該系統(tǒng)是目前已發(fā)現(xiàn)的、最薄的高溫超導資料，而且其臨界電流比體相FeSe高近兩個量級。

圖為鈦酸鍶襯底上單層FeSe薄膜的電輸運（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、教學王亞愚和薛其坤院士組成的研究團隊以《單層FeSe薄膜中高溫超導特性的直接實驗驗證》(Direct observation of high-temperature superconductivity in one-unit-cell FeSe films)為題在《中國物理快報》雜志上(Chin. Phys. Lett.31, 017401 (2014))上發(fā)文，文章發(fā)表后，美國《科學》（Science）雜志在 “編輯抉擇”(Editors’ Choice)中以“一個十分薄的超導材料”(A very thin superconductor)為題對該工作進行了報道(Science 343, 230 (2014))，這標記著該研究團隊在界面誘導/增強的高溫超導研究上取得沖破。

　　自從1986年發(fā)現(xiàn)銅氧化物高溫超導至今已經(jīng)近三十年，但其機理作為物理學一個重要科學困難依然不得到解決。高溫超導材料均擁有層狀結構，構成庫珀對的載流子起源于氧化物電荷庫層的摻雜，與導致量子霍爾效應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：高溫超導機理很可能就是基于電聲子作用的BCS理論，高的超導轉變溫度源自于界面增強效應。在實驗上，通過火子束外延技術制備結構類似于高溫超導材料的異質結可以對界面誘導/增強超導效應進行驗證。假如這個設法得到證明，這不僅供給了一個尋找高溫超導體系的明白方式，而且還能夠利用高質量薄膜樣品和其開放結構對其機理進行有效的研究。界面增強效應早在1968年就由美國物理學家在傳統(tǒng)超導體中發(fā)現(xiàn)(Phys. Rev. Lett. 21, 1320 (1968))，然而否實用于非慣例高溫超導卻不得而知。基于以上想法，物理系薛其坤、馬旭村、陳曦、賈金鋒等組成的研究團隊，從2008年開始利用分子束外延-低溫強磁場掃描地道顯微鏡這個強盛的實驗技術進行高溫超導材料的探索和高溫超導機理的研究。

　　這一研究結果很快得到了海內外高溫超導范疇的關注，中國科學院物理所、復旦大學、中國國民大學、美國斯坦福大學、加州大學伯克利分校、休斯頓大學和日本國家材料研究所等單位的科學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旦大學封東來研究組的變溫角辨別光電子譜研究分辨顯示，該體制的電子構造不同于體相FeSe，其超導能隙直到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薄膜中高溫超導特性的直接實驗驗證”工作中，他們觀測到單層FeSe薄膜的零電阻和抗磁性現(xiàn)象，并且其超導轉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。以上實驗結果，直接驗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體。此項工作對懂得高溫超導機制以及摸索新的高溫超導材料都具備主要的領導意思。

　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、教導部&ldquo,清華內訓;2011規(guī)劃”等項目標贊助。

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