En usædvanlig superleder

Professor Wang Jian ved Peking University og samarbejdspartnere undersøgte de superledende egenskaber af todimensional krystallinsk superledende PdTe ₂ film dyrket ved molekylær stråleepitaksi. De observerede de eksperimentelle beviser for unormal metallisk tilstand og detekterede type II Ising-superledning, der eksisterede i centrosymmetriske systemer. I øvrigt, superledningen af ​​PdTe ₂ film forbliver næsten den samme i mere end 20 måneder uden noget beskyttelseslag. Dette omgivelsesstabile superledende system i makrostørrelse med stærk spin-orbit-kobling viser store potentialer i superledende elektroniske og spintroniske applikationer. Avisen blev offentliggjort online i Nano bogstaver og udvalgt til Redaktørens Valg af Videnskab med titlen "En usædvanlig superleder" ( Videnskab 369, 388 2020).

Det antages normalt, at magnetfeltet forhindrer dannelsen af ​​superledning. For de fleste superledende systemer, stærkt magnetfelt kan bryde de superledende Cooper-par og ødelægge superledningsevnen. For nylig, en ny slags todimensionelt (2-D) superledende system overlever under et stort magnetfelt i planet, kaldet Ising superledere. Tidligere værker tyder på, at Ising-superlederen kræver brud på inversionssymmetri i planet. Den brudte in-plane inversion symmetri giver anledning til Zeeman-type spin-orbit kobling (SOC), som polariserer elektronens spin til retningen uden for planet og fører til et enormt kritisk magnetfelt i planet op til flere gange af Pauli-grænsen, normalt svarende til snesevis af Tesla. Pauli -grænsen er defineret som det magnetiske felt, der kræves for at ødelægge Cooper -parrene via spinpar -brydeeffekten i konventionelle superledere. Professor Wang Jian og samarbejdspartnere har nogensinde rapporteret observationen af ​​Ising superledning i makrostørrelse monolag NbSe ₂ film dyrket ved molekylær stråleepitaksi (MBE) og grænsefladen inducerede Ising-superledning i ultratynde krystallinske Pb-film for første gang.

For nylig, Professor Wang Jian og professor Lin Xi ved Peking University, i samarbejde med professor Xue Qikun, Professor Wang Lili, Professor Xu Yong, Professor Yao Hong ved Tsinghua University, Professor Liu Haiwen ved Beijing Normal University opdagede en ny form for Ising-superledning i 2-D krystallinsk PdTe ₂ film dyrket af MBE. 6-monolag (ML) (omkring 3 nm) PdTe ₂ film udviser et stort kritisk felt i planet mere end 7 gange Pauli-grænsen, hvilket er kendetegnende for Ising superledning. Forskellig fra de tidligere rapporterede Ising superledere, PdTe ₂ film holder in-plane inversionssymmetrien, hvilket indikerer, at der eksisterer en ny mekanisme for Ising-superledning (kaldet type II Ising-superledning af professor Wang Jian i diskussion med professor Xu Yong).

Båndstrukturberegning og teoretisk analyse afslører, at den 3-dobbelte rotationssymmetri i PdTe ₂ film gør det effektive SOC-felt langs retningen uden for flyet og fører til spin-polarisationen uden for planet. De superledende Cooper-par dannet af elektronerne med spinpolarisering uden for planet kan overleve under meget stort magnetfelt parallelt med 2-D-systemet, hvilket giver anledning til type II Ising superledning med stort kritisk felt i planet. Teoretiske beregninger indikerer, at for 2-D superledende systemer med in-plane inversionssymmetri, 4- og 6-fold rotationssymmetri kan også foretage orienteringen af ​​det effektive SOC-felt i retning uden for planet. Dermed, type II-superledningsevnen kan generaliseres til forskellige 2-D-systemer med 3, 4 og 6 gange rotationssymmetri. Derfor, opdagelsen af ​​type II Ising-superledning lover at stimulere en ny forskningsretning inden for kondenseret stofs fysik.

Interessant nok, under vinkelret magnetfelt, arkmodstanden af ​​PdTe ₂ film falder og mættes derefter til en temperaturuafhængig konstant med faldende temperatur via ultralav temperatur transportmålinger med højkvalitetsfiltre. Det er det første solide eksperimentelle bevis på anomale metalliske tilstande i højkvalitets 2-D krystallinske film dyrket af MBE, som yderligere afslører, at udover superledende og isolerende jordtilstande, anomal metallisk tilstand er en anden kvantegrundtilstand for 2-D bosoniske systemer.

I øvrigt, de fleste 2-D superledende systemer er meget følsomme over for atmosfæren og let at miste superledning. Superledningsevnen af ​​PdTe ₂ film forbliver næsten den samme i mere end 20 måneder uden noget beskyttelseslag. Dette omgivelsesstabile superledende system i makrostørrelse med stærk SOC viser store potentialer inden for superledende elektroniske og spintroniske applikationer.