南京大学缪峰与袁洪涛Nano Letters：主族金属硫化物界面超导

【引言】

超导作为一种神奇的物理现象，被发现距今已一百多年。由于高温超导机制等还没有完全被理解，超导依旧是凝聚态物理领域最热门的话题之一，人们也一直没有停止探索新兴超导材料的步伐。近年来，随着凝聚态物理实验技术的发展，一些原本被认为不能超导的材料，被发现随着载流子浓度的增加也可以出现超导现象。这其中有一种叫做离子液体门（或电双层晶体管）的技术，可在样品表面集聚极高的载流子浓度，进而诱导新奇的界面超导现象。

【成果简介】

目前，来自南京大学物理学院的缪峰教授课题组、袁洪涛教授与合作团队在《纳米快报》(Nano Letters)上发表题为"Gate-Induced Interfacial Superconductivity in 1T-SnSe₂”的文章。该文章报道利用离子液体门技术，调节二硒化锡（一种典型的主族金属硫族化合物）到超高的载流子浓度状态（≈10¹⁴cm^-2），首次观测到二硒化锡的本征超导现象。团队发现超导临界磁场与角度之间满足二维的Tinkham模型。该超导的漩涡存在两种状态：在温度略低于超导温度时，超导性质处于热激发磁通流动状；随着温度进一步降低，超导漩涡态以量子隧穿的方式进行蠕动（量子蠕动态）。同时，研究团队也发现平行磁场下的临界磁场在趋于绝对零度时超过泡利顺磁极限2到3倍，该现象和电场调节的自旋轨道耦合有关。该工作为推动探索新型二维超导材料及新奇的超导性质迈出重要一步。合作研究团队还包括斯坦福大学的崔屹教授课题组、Harold Hwang教授课题组和南京大学的王鹏教授课题组。

【图文导读】

图1 二硒化锡的晶体结构，转移曲线及超导性质

a. 二硒化锡的晶体结构图

b. 基于离子液体门技术制备的电双层晶体管示意图

c. 多端霍尔结构器件的光学显微镜图

d. 场效应转移曲线

e. 电阻随温度的变化曲线，在温度为3.9K发生超导

f. 不同磁场下的超导转变曲线

图2 二维超导态的确定

a. 不同磁场方向下磁阻随磁场变化曲线，插图定义磁场方向

b. 超导临界磁场与磁场角度的关系，插图为在平行磁场附近的放大图

图3 超导漩涡态分析

a. 不同磁场下的超导转变曲线（Arrhenius plot）

b. 磁场依赖的热激活能

c. 在1.6 K下电阻随温度的变化曲线，黑线为量子蠕动态曲线

d. 漩涡态的相图。橘黄色代表热激发磁通流动态（TAFF），绿色为量子蠕动态，黄色是退钉扎态

图4 平行磁场下不同温度的超导临界磁场

几种有代表性材料不同温度的超导临界磁场和泡利顺磁极限的比值（B_c2^Ⅱ/B_c ^p）与二硒化锡中的对比。

【小结】

这项研究工作不仅报道了首次在主族金属硫族化合物材料体系（二硒化锡）中通过调节超高载流子浓度来诱导材料的本征二维超导态，揭示该二维超导态的新奇物理性质；同时也为探索不同材料体系中可能出现的超导态和奇异的超导性质提供了新的方向。

文献链接： Gate-Induced Interfacial Superconductivity in 1T-SnSe₂ (Nano Lett. 18, 1410 (2018), DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b05157)

本文由南京大学物理学院的缪峰教授课题组提供，特此感谢！

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