關于超薄單晶鉛膜界面超導的研究
通過使用鉛的條狀非公度相作為鉛膜和硅襯底的界面,用超高真空分子束外延技術成功制備出一種宏觀面積的、塞曼保護的新型二維超導體。系統的低溫強磁場實驗表明,該體系的超導電性可存在于超過40特斯拉的平行強磁場中,這一數值遠超過體系的泡利極限,是塞曼保護超導電性的直接證據。第一性原理計算結果也表明,條狀非公度相中特殊的晶格畸變會延伸至鉛膜中,從而在該體系中引入很強的塞曼自旋軌道耦合。同時,新的微觀理論也給出了強雜質情形下各種自旋軌道耦合及散射效應對二維超導臨界場的影響并定量地解釋了塞曼保護超導電性的物理機制。該工作表明,可以通過界面工程在中心反演對稱性保護的二維超導中引入面內中心反演對稱性破缺,也即在二維晶體超導體系中人工引入塞曼保護的超導電性機制。這一結果預示出人們有望在二維超導體系中,通過界面調制發現新的非常規超導特性。這種宏觀尺度強自旋軌道耦合下的二維超導,也為拓撲超導的探索提供了新的平臺,并為未來無耗散或低耗散量子器件的設計與集成奠定了基礎。圖 (a) 脈沖強磁場實驗表明6個原子層厚鉛膜的超導電性在高達40 T的水平強場下仍不被破壞。(b) 臨界場隨溫度的關系與理論高度重合,有力地證明了超薄鉛膜中的塞曼自旋軌道耦合保護的超導電性。 (c) 對外延生長于條狀非公度相(SIC)界面上的超薄鉛膜進行磁阻測量的示意圖。
北京大學
2021-04-11