南京大學繆峰與袁洪濤Nano Letters：主族金屬硫化物界面超導

【引言】

超導作為一種神奇的物理現象，被發現距今已一百多年。由于高溫超導機制等還沒有完全被理解，超導依舊是凝聚態物理領域最熱門的話題之一，人們也一直沒有停止探索新興超導材料的步伐。近年來，隨著凝聚態物理實驗技術的發展，一些原本被認為不能超導的材料，被發現隨著載流子濃度的增加也可以出現超導現象。這其中有一種叫做離子液體門（或電雙層晶體管）的技術，可在樣品表面集聚極高的載流子濃度，進而誘導新奇的界面超導現象。

【成果簡介】

目前，來自南京大學物理學院的繆峰教授課題組、袁洪濤教授與合作團隊在《納米快報》(Nano Letters)上發表題為"Gate-Induced Interfacial Superconductivity in 1T-SnSe₂”的文章。該文章報道利用離子液體門技術，調節二硒化錫（一種典型的主族金屬硫族化合物）到超高的載流子濃度狀態（≈10¹⁴cm^-2），首次觀測到二硒化錫的本征超導現象。團隊發現超導臨界磁場與角度之間滿足二維的Tinkham模型。該超導的漩渦存在兩種狀態：在溫度略低于超導溫度時，超導性質處于熱激發磁通流動狀；隨著溫度進一步降低，超導漩渦態以量子隧穿的方式進行蠕動（量子蠕動態）。同時，研究團隊也發現平行磁場下的臨界磁場在趨于絕對零度時超過泡利順磁極限2到3倍，該現象和電場調節的自旋軌道耦合有關。該工作為推動探索新型二維超導材料及新奇的超導性質邁出重要一步。合作研究團隊還包括斯坦福大學的崔屹教授課題組、Harold Hwang教授課題組和南京大學的王鵬教授課題組。

【圖文導讀】

圖1?二硒化錫的晶體結構，轉移曲線及超導性質

a. 二硒化錫的晶體結構圖

b. 基于離子液體門技術制備的電雙層晶體管示意圖

c. 多端霍爾結構器件的光學顯微鏡圖

d. 場效應轉移曲線

e. 電阻隨溫度的變化曲線，在溫度為3.9K發生超導

f. 不同磁場下的超導轉變曲線

圖2?二維超導態的確定

a. 不同磁場方向下磁阻隨磁場變化曲線，插圖定義磁場方向

b. 超導臨界磁場與磁場角度的關系，插圖為在平行磁場附近的放大圖

圖3?超導漩渦態分析

a. 不同磁場下的超導轉變曲線（Arrhenius plot）

b. 磁場依賴的熱激活能

c. 在1.6 K下電阻隨溫度的變化曲線，黑線為量子蠕動態曲線

d. 漩渦態的相圖。橘黃色代表熱激發磁通流動態（TAFF），綠色為量子蠕動態，黃色是退釘扎態

圖4?平行磁場下不同溫度的超導臨界磁場

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幾種有代表性材料不同溫度的超導臨界磁場和泡利順磁極限的比值（B_c2^Ⅱ/B_c?^p）與二硒化錫中的對比。

【小結】

這項研究工作不僅報道了首次在主族金屬硫族化合物材料體系（二硒化錫）中通過調節超高載流子濃度來誘導材料的本征二維超導態，揭示該二維超導態的新奇物理性質；同時也為探索不同材料體系中可能出現的超導態和奇異的超導性質提供了新的方向。

文獻鏈接：?Gate-Induced Interfacial Superconductivity in 1T-SnSe₂?(Nano Lett. 18, 1410 (2018), DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b05157)

本文由南京大學物理學院的繆峰教授課題組提供，特此感謝！

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