【成果簡介】
1月15日，復(fù)旦學(xué)院化學(xué)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(fā)表了題為“infew-layer”的論文，報導(dǎo)了在薄至兩個原子層寬度的灰錫—錫烯—中，首次發(fā)覺了二維超導(dǎo)電性，并闡明了其拓撲非乏味物性。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1錫烯的原子結(jié)構(gòu)及其超導(dǎo)庫伯對的示意圖
圖2PbTe上三層錫烯的估算能帶結(jié)構(gòu)
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(xué)物理實驗，通過將Bloch波函數(shù)投影到相應(yīng)的軌道上而獲得。
【研究內(nèi)容】
探求新型二維超導(dǎo)體，除了能對理解具有二維超導(dǎo)特點的低溫超導(dǎo)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(dǎo)配對、玻色量子金屬等奇異量子現(xiàn)象提供新的研究平臺。近些年來，人們發(fā)覺一些準二維超導(dǎo)體還可能是拓撲超導(dǎo)體，這為發(fā)覺馬約拉納費米子帶來了希望。
錫的超導(dǎo)電性已被發(fā)覺一百多年了，但這個現(xiàn)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(dǎo)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(yù)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(jié)構(gòu)，可能具有溫度量子載流子霍爾效應(yīng)等一系列重要的拓撲物性。復(fù)旦學(xué)院薛其坤院士、何珂院士研究組借助分子束外延生長技術(shù)，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(zhì)量大面積平整的錫烯薄膜。在此基礎(chǔ)上清華大學(xué)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(yù)料的是，她們發(fā)覺長度為兩個原子層及更厚的錫烯薄膜具有二維超導(dǎo)電性，這是在灰錫中首次發(fā)覺超導(dǎo)電性。研究表明，錫烯的態(tài)密度遭到了襯底的調(diào)制，造成了超導(dǎo)電性的出現(xiàn)。通過改變襯底長度，她們還實現(xiàn)了錫烯從單帶超導(dǎo)體到雙亮超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變。更有意義的是，外延生長的錫烯薄膜非常穩(wěn)定，在沒有任何保護層的情況下其超導(dǎo)電性可以長久保持（超過一年）。不僅錫烯二維超導(dǎo)電性的發(fā)覺，該工作還為下一步在拓撲電子學(xué)方面的探求奠定了基礎(chǔ)。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(zhuǎn)能帶結(jié)構(gòu)，是拓撲非乏味的，這為拓撲超導(dǎo)的研究提供了新思路。因為錫烯超導(dǎo)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(dǎo)近鄰效應(yīng)實現(xiàn)量子化的馬約拉納零能模成為可能。清華學(xué)院化學(xué)系博士生廖孟涵（2015級）、臧運祎（現(xiàn)為日本馬普微結(jié)構(gòu)化學(xué)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(fù)旦學(xué)院化學(xué)系何珂院士、王亞愚院士、馬旭村研究員，德國哈佛學(xué)院化學(xué)系張首晟院士參與了該項研究。合作者包括北大學(xué)院化學(xué)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(xué)基金、國家青年萬人計劃、清華學(xué)院低維量子化學(xué)國家重點實驗室以及上海未來芯片技術(shù)高精尖創(chuàng)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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