成功制备单层高温超导，打开量子调控新天地

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铜基高温超导是一个强关联高纠缠系统。30多年来，我们发现了这一系统很多非常不寻常的性质。特别是低载流子浓度时出现的赝能隙，可能暗示了一个全新的超出物理学家想象的金属态。确定理解这一全新的金属态可能是解决高温超导问题的关键。可是通常的体材高温超导体，在低载流子浓度时，杂质的影响好像比较大。这阻止了我们对赝能隙金属态进行系统和精密的研究，使得我们难以在这关键问题上，取得进一步的实质性进展。单层高温超导体的制备，给我们打开了一个调控高温超导的新途径。特别是如果我们能够在没有杂质的情况下，连续调制载流子浓度（见文章后第1条相关阅读），这将帮助我们理解赝能隙金属态，帮助我们最终解决铜基高温超导问题。

——文小刚

撰文 | 小纳米

第一作者：Yijun Yu, Liguo Ma, PengCai

通讯作者：Liguo Ma、Xian Hui Chen、Yuanbo Zhang

通讯单位：复旦大学、中国科学技术大学

 基于铜的氧化物材料的高温超导体构成了复杂多样的材料家族，但它们都共享分层的晶格结构。这个奇怪的事实引起了科学家的好奇心了：在隔离的单层氧化铜中，是否可以存在高温超导性？如果存在，那么二维超导性和各种相关现象是否与它们的三维对应性不同。这个答案可能会为有关维数在高温超导中的作用提供更多信息。 有鉴于此，复旦大学Yuanbo Zhang、Liguo Ma和中科大Xian Hui Chen ，等人开发了一种制造工艺，可获得高温超导体Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ的本征单层晶体（Bi-2212；单层是指包含两个CuO₂平面的半晶胞）。 图1. 单层Bi-2122制备和表征 研究人员发现，单层铜氧化物最高超导转变温度与最佳掺杂体的最高温度一样高。与传统的二维超导体（如NbSe₂）大大降低的转变温度相比，对转变温度缺乏尺寸影响无法满足Mermin-Wagner定理的期望。 单层Bi-2212的性能变得极为可调，对各种掺杂浓度下的超导性，赝能隙，电荷阶数和莫特状态的调查表明，这些相与本体中的相没有区别。因此，单层Bi-2212显示了高温超导的所有基本物理原理。 图2. 单层Bi-2122的高温超导性能调控 图2. 单层Bi-2122的电子结构 这项研究结果为单层氧化铜作为研究二维高温超导性和其他强相关现象，建立了一个全新的平台。值得一提的是，这是张远波教授2018年Nature之后再一次在二维材料领域取得重要进展。
 2018年10月22日，张远波教授团队在Nature发表文章，发现了一种新型二维Fe₃GeTe₂铁磁体，可在室温下实现铁磁转变。通过氧化铝和Fe₃GeTe₂之间强相互作用，制备得到单层Fe₃GeTe₂。研究发现，二维Fe₃GeTe₂铁磁转变温度Tc可以达到室温以上，为该材料用于电子器件制作提供了可能。 

参考文献

Yijun Yu et al. High-temperature superconductivity in monolayer Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ. Nature2019.https://www.nature.com/articles/s41586-019-1718-x

本文经授权转载自微信公众号“纳米人”。

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