今日Science背靠背, 拓扑绝缘门控二维超导, 中国少年团购顶级期刊

美东时间10月25日，北京时间26日凌晨，Science背靠背同步上线两篇研究论文，报道在单层的拓扑绝缘体WTe2中，实现电压门控超导相变。值得一提的是，这两篇论文2017年11月12日同一天投稿，2018年10月25日同一天上线，一篇来自华盛顿大学与英属哥伦比亚大学合作团队，另一篇来自麻省理工学院领导的研究团队，两家组队团购意味明显。

更有意思的是，麻省理工学院的论文，共同一作兼共同通讯，是来自中国科大的吴三丰，在华盛顿大学获得博士学位之后去麻省理工从事博士后研究，即将前往普林斯顿大学担任助理教授【文末有招生广告】。而因为魔角石墨烯名声大噪的曹原，也是这篇论文的共同作者。华盛顿大学论文的共同作者，则有吴三丰的博士导师许晓栋。足见两家既有合作，也有竞争。

二维材料近来异常火爆，各种物理精彩纷呈。前几天复旦大学张远波组就在Nature报道其室温磁性。今天上线的这两篇Science论文，则讲的是同一个故事，在二维拓扑绝缘体WTe2中实现电压门控超导相变。

凝聚态物理的许多现象，都由电子与周期性晶体点阵相互作用而起，如形成能带，决定导电绝缘；形成波色子对，引发超导等。近些年，大家也意识到，Bloch波函数可以有非平凡的拓扑态，引起拓扑绝缘体，即体内绝缘，表面导电。而今天这两篇文章，报道的是在二维的WTe2中，实现从拓扑绝缘体到超导的可逆相变，通过门电压调控。

先看华盛顿大学的主要结果，如下图所示。图A所示器件结构很简单，就是由WTe2构建的场效应管，金属Pt电极用于四探针法测电阻，石墨顶电极和底电极用于施加门电压。氮化硼起保护和绝缘作用。图B数据显示，当顶电极为2.05V，温度为20mK，底电极从-60V到60V扫的时候，器件电阻大幅度降低，实现从拓扑绝缘到超导的转变，由电子注入而引起。图C则给出了根据实验数据所构建的相图，显示随电子浓度增加，超导转变温度可以提升到1K。进一步实验显示，外加磁场可以破坏超导，符合预期。

省理工的数据非常类似，如下图所示。器件结构大同小异。当上下门电压分别为5V和4V的时候，图C的电阻温度曲线清晰显示超导转变。图E则显示了外加磁场对超导态的破坏。进一步的数据显示，相变可以通过门电压调控，作者也由此构建了相图，与华大相图非常类似，最高转变温度也在1K。

华大数据还显示，电阻随电子浓度及温度的变化，符合一个普适的标度方程，其指数约为0.8 ，与一些薄膜中的超导转变类似。更重要的是，他们的数据显示，超导态与边界拓扑态可能共存，如下图所示的紫色超导态和红色的边界态。这样的话，就有可能存在马约拉纳零能模以及相关的非阿贝尔物理。不过这篇文章没有定论，估计会是下一篇Science的主题？

读到这里，您是不是也跃跃欲试呢？ 现在动手，还能不能赶上团购下一篇顶级期刊？不妨留言与圈友们分享。

当然也欢迎与吴老师套磁，普林斯顿研究组，即将开张，急需人手，想发Nature Science的快到碗里来。

https://sites.google.com/view/wu-laboratory/home

本文素材来自Science，特别致谢！