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科学网:复旦大学、中国科大证实铜基超导体导电性与薄厚无关
www.517888.com:2019-11-13 00:50

铜基超导体是一种优质的导电材料,近日,复旦大学物理学系张远波团队和中国科学技术大学陈仙辉院士合作,首次获得了二维极限下的单层铜基超导体的导电数据,证明其具有与块体铜基超导体相同的超导特性。1031日,该项研究在线发表于《自然》。

迄今为止,人类已经合成数十种铜基超导体,它们都具有相似的层状原子结构,核心结构皆由铜氧面和由其他原子构成的平面经层层交替堆叠而成。铜基超导体的导电特性是否与其结构有关呢?

研究团队从一种具有代表性的铜基超导体——铋锶钙铜氧(Bi-2212)出发,以氧化硅为衬底,成功得到大面积单层Bi-2212单晶。单层Bi-2212是一种对大气及环境温度极其敏感的材料,而目前的加工手段中,Bi-2212均不可避免地需要经过液相化学环境处理,或进行不同程度的加热,制备单层Bi-2212晶体犹如天方夜谭

历时一年多的试错,该团队探索出一套制备单层Bi-2212输运器件的完整方案。在电极的制备过程中,研究团队自主开发出微电极冷焊技术,将铟/金箔电极在低温下直接与薄层样品接合,所有的制备都在零下40摄氏度的惰性气体环境中完成。

利用这一方案,单层Bi-2212单晶中的高质量超导转变第一次展现在团队眼前。之后,团队又在单层样品中复现了块体材料的相图。实验发现,在最佳掺杂状态下,单层Bi-2212的超导转变温度与块体材料的数据几乎完全一致,差别在实验误差范围之内。结合输运和扫描隧道显微学及谱学数据,该团队发现,二维极限下单层Bi-2212相图中的超导态、赝能隙态、电荷密度波态以及模特绝缘态都与块体行为保持一致。