《物理評論快報》編輯推薦報道協同中心成員合作研究成果——類石墨烯結構人工二維超導體的發現

最近北大量子材料科學中心王健研究員與清華大學薛其坤院士、馬旭村研究員、何珂、王立莉、季帥華、宋燦立等老師，以及beat365謝心澄教授等人合作首次發現了一種新的二維超導相：兩個原子層厚（0.556 nm）的晶體Ga生長在GaN(0001)表面上，形成宏觀面積的類似石墨烯或矽烯的六角蜂巢結構，是新的一種人造二維晶格，其原子結構與原子間距與所有Ga的體相都不同。通過原位掃描隧道譜的探測以及非原位的電輸運和磁化率測量，我們發現類石墨烯的Ga二維結構表現出約為5.4 K的超導轉變溫度，是Ga體材料穩定相Tc的五倍高，顯示出界面增強的超導特性，是一種新的二維超導體。同時類石墨烯的二維蜂巢結構使得Ga薄膜可能具有其它重要特性。此外，這種新的二維極限下的單晶薄膜，超導轉變溫度Tc超過體材料穩定相，并可以通過覆蓋保護層在大氣環境下存活，對于常規超導體而言尚屬首次。由于GaN為半導體工業中重要的光電材料（2014年諾獎），在其上制備的兩原子層厚的超導薄膜就為超導電子學與半導體工藝的結合提供了可能。因此，GaN襯底上的類石墨烯結構的單晶Ga超導薄膜的發現，具有重要的物理意義及應用潛力。這一發現還得到中科院物理所谷林研究員、中科院蘇州納米所楊輝所長、中科院強場中心田明亮研究員以及美國威斯康辛大學Lian Li教授等人的鼎力協助。相關文章于2015年3月10日在《物理評論快報》主頁以編輯推薦的形式報道：Physical Review Letters 114, 107003(2015)。北大王健研究員與清華馬旭村研究員為文章并列通訊作者。中科院物理所博士生張慧敏與北大孫祎博士、清華李渭博士為并列第一作者。（平均每六篇PRL文章會選出一篇作為編輯推薦文章）

上述研究得到國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金、中組部“青年千人”計劃、高等學校博士學科點專項科研基金以及量子物質科學協同創新中心等項目經費的資助。