【成果簡介】
1月15日，復旦學院化學系張定助理院長、徐勇助理院長和薛其坤院士研究團隊在刊物在線發表了題為“infew-layer”的論文，報導了在薄至兩個原子層寬度的灰錫—錫烯—中，首次發覺了二維超導電性，并闡明了其拓撲非乏味物性。
【圖文導讀】
圖1錫烯的原子結構及其超導庫伯對的示意圖
圖2PbTe上三層錫烯的估算能帶結構
插圖說明了在第一性原理估算高考慮的原子模型。將胺基的三層錫烯放置在PbTe基底的底部，由頂部氟飽和的兩個PbTe層模擬下來。藍色（藍色）的顏色突出了Sns（p）軌道的貢獻清華大學物理實驗，通過將Bloch波函數投影到相應的軌道上而獲得。
【研究內容】
探求新型二維超導體，除了能對理解具有二維超導特點的低溫超導提供新的思路，并且都會為研究例如量子格里菲斯相變、伊辛超導配對、玻色量子金屬等奇異量子現象提供新的研究平臺。近些年來，人們發覺一些準二維超導體還可能是拓撲超導體，這為發覺馬約拉納費米子帶來了希望。
錫的超導電性已被發覺一百多年了，但這個現象僅存在于白錫(β-Sn)中。錫的另一個常見的相是灰錫(α-Sn)，它是半金屬，不具有超導電性。近年，人們認識到灰錫是一種拓撲絕緣體。徐勇助理院長和張首晟院長預言，沿111方向的雙層灰錫—錫烯()—具有類似于石墨烯的六角形結構，可能具有溫度量子載流子霍爾效應等一系列重要的拓撲物性。復旦學院薛其坤院士、何珂院士研究組借助分子束外延生長技術，在硅(111)襯底上制備出鉍碲()和鉛碲(PbTe)，最終在鉛碲(PbTe)上生長出了高質量大面積平整的錫烯薄膜。在此基礎上清華大學物理實驗，張定助理院長等人舉辦了錫烯薄膜的極高溫電、磁輸運檢測。超乎預料的是，她們發覺長度為兩個原子層及更厚的錫烯薄膜具有二維超導電性，這是在灰錫中首次發覺超導電性。研究表明，錫烯的態密度遭到了襯底的調制，造成了超導電性的出現。通過改變襯底長度，她們還實現了錫烯從單帶超導體到雙亮超導體的轉變。更有意義的是，外延生長的錫烯薄膜非常穩定，在沒有任何保護層的情況下其超導電性可以長久保持（超過一年）。不僅錫烯二維超導電性的發覺，該工作還為下一步在拓撲電子學方面的探求奠定了基礎。徐勇助理院長等的第一性原理估算表明，錫烯本身具有反轉能帶結構，是拓撲非乏味的，這為拓撲超導的研究提供了新思路。因為錫烯超導層與碲化鉍襯底具有原子級平整的界面，而前者是三維拓撲絕緣體，這個特性促使通過超導近鄰效應實現量子化的馬約拉納零能模成為可能。清華學院化學系博士生廖孟涵（2015級）、臧運祎（現為日本馬普微結構化學所博士后）為文章共同第一作者，張定助理院長、徐勇助理院長和薛其坤院士為共同通信作者。復旦學院化學系何珂院士、王亞愚院士、馬旭村研究員，德國哈佛學院化學系張首晟院士參與了該項研究。合作者包括北大學院化學系管兆永博士、胡小鵬博士和博士生李海威（2015級）、龔演（2013級）、朱科靜（2015級）。該工作得到了國家科技部、國家自然科學基金、國家青年萬人計劃、清華學院低維量子化學國家重點實驗室以及上海未來芯片技術高精尖創新中心等的支持。
原文鏈接：
文獻鏈接：infew-layer(,2017,DOI:10.1038/-017-0031-6)
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