超導體的案例
高熵合金超導體 || 福岡工大教授告訴你什么是未來黑科技！
高熵合金超導體
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自2014年高熵合金超導體被發(fā)現(xiàn)以來，超導已經成為高熵合金最具吸引力的性能之一。超導體具有三個基本特征：
完全電導性、完全抗磁性、通量量子化。
?基于馬蒂亞斯定則（Matthias rule），許多由過渡族金屬元素構成的高熵合金成為介于過渡金屬晶體超導體與氣體超導體的中間材料。
超導性的魯棒性抵抗超高壓或超磁性是一個新的發(fā)現(xiàn)。
在這一研究領域，許多研究人員正在研究高熵合金超導體與其他常規(guī)超導體和非常規(guī)超導體之間的超導特性差異。關于高熵合金超導體的材料研究才剛剛開始，有可能促成新現(xiàn)象的意外發(fā)現(xiàn)。
Jiro Kitagawa在綜述中著重闡述了高熵合金超導體的研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)目前研究最多的晶體結構是bcc，主要化學成分為Hf、Zr、Ti、Ta、Nb和V, 價電子數(shù)（VEC）值為4或5，bcc型高熵合金超導體可以看作是介于晶型超導體和非晶型超導體之間的中間體系。并對材料的設計進行了討論。
展開 《JACS》我國發(fā)現(xiàn)具有新型結構的超導體！
中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心超導國家重點實驗室SC10組長期進行新型超導體的探索研究，在2014年即首次報道了LaO1–xFxBiSSe中增強的超導電性（arXiv: 1404.7562）。最近，該研究組的博士研究生阮彬彬、趙康等人在任治安研究員的指導下，發(fā)現(xiàn)了新型四元化合物Bi3O2S2Cl。粉末X射線衍射表明該化合物屬于I4/mmm (No. 139) 空間群，晶格常數(shù)a = 3.927(1) ?，c = 21.720(5) ?。通過調節(jié)S含量，Bi3O2S2Cl實現(xiàn)了從半導體到超導體的轉變，超導轉變溫度Tc約為3.5 K。（圖1）
圖1. Bi3O2S2Cl的晶體結構以及自摻雜引起的超導電性
通過與先進材料與結構分析實驗室楊槐馨研究員等人合作的透射電鏡研究分析表明，Bi3O2S2Cl由[Bi2O2]2+和[BiS2Cl]2–層交替堆疊構成（圖2）。其中[BiS2Cl]2–層是由Bi-Cl無限四方平面層構成，S原子位于八面體上下頂點上。在鉍的鹵化物中，該類型的結構尚屬首次報道。霍爾效應測量表明該化合物為n型半導體，通過S空位的摻雜，可以引入載流子進而誘發(fā)超導。該化合物的超導層為[BiS2Cl]2–層，與已知的BiCh2基超導體均不相同。
圖2. 多晶Bi3O2S2Cl的SEM與TEM圖譜
研究小組通過優(yōu)化實驗條件，成功得到了Bi3O2S2Cl單晶樣品，并在此樣品中觀測到體超導電性，Tc約為2.8 K（圖3）。在Bi3O2S2Cl中所發(fā)現(xiàn)的新型[BiS2Cl]2–層是一種新的結構單元，通過改變絕緣層[Bi2O2]2+，有望合成出更多的新型層狀含鉍化合物，在新型超導體和熱電材料等研究領域具有重要價值。
圖3.
展開 今日Nature：電子摻雜氧化銅超導體中的三維空間電荷激發(fā)
【前言】
高溫氧化銅超導體由堆疊的CuO2組成，電子帶結構和磁激發(fā)主要是二維的，但超導相干性是三維的。這種二分法強調了面外電荷動力學的重要性。目前研究人員已經發(fā)現(xiàn)，在光學可達到的有限動量范圍內，面外電荷動力學在正常狀態(tài)下是非相干的。
【成果簡介】
今日，來自斯坦福大學的Z. X. Shen, T. P. Devereaux,和W. S. Lee（共同通訊）聯(lián)合在Nature發(fā)表文章，題為“Three-dimensional collective charge excitations in electron-doped copper oxide superconductors”。作者使用共振非彈性X射線散射來探索布里淵區(qū)所有三維空間的電荷動態(tài)。電子摻雜氧化銅激發(fā)(模式)的極化分析揭示了它們的電荷來源。激發(fā)沿著面內和面外兩個方向擴散，這揭示了它的三維性質。面外分散的周期性對應于相鄰CuO2平面之間的間距，而不是晶體c軸晶格常數(shù)，這表明面外庫侖相互作用是相干面外電荷動力學的原因。作者觀察到的特性是渴望已久的“聲等離子體激元”的特征，這是分層系統(tǒng)預測的不同電荷集合模式的一個分支，并被認為在調解高溫超導性方面將發(fā)揮重要作用。
【圖文簡介】
圖1. 層狀電子氣中的等離子體激元以及電子摻雜氧化銅的電荷激發(fā)
圖2. 區(qū)域中心的激發(fā)三維性
圖3.
展開 里程碑突破：15℃，真正意義上的室溫超導！科學家用廢了幾十顆鉆石。
這一類顛覆了BSC理論和其推論“麥克米蘭極限”的新型超導體，被稱作高溫超導體，其超導原理尚未有定論。
富氫的材料
本以為人類追逐室溫超導圣杯的道路會在新型超導體領域一路前行，但近幾年，一類傳統(tǒng)超導體卻奇峰突起，不斷刷新溫度紀錄。
這類材料的關鍵詞是氫。1968年，Neil Ashcroft基于BSC理論提出固體氫可能是一種室溫超導體，臨界溫度達到290K。只是，要把氫氣壓成類似金屬的固體，需要媲美地心的驚人壓力，不少物理學家轉而通過富氫材料模擬固體氫，通過摻雜非氫原子來降低金屬化的壓力條件。
要知道為何氫-硫-碳會成為室溫超導體，我們先介紹一下超導的原理。
在正常狀態(tài)下，電子以個體形式運動，碰撞到原子就會產生電阻。
而在超導體中，兩個電子會配對形成所謂“庫珀對”（Copper pair）。一旦電子結伴，它們就會以量子液體的形式無阻礙地通過導體，讓電阻徹底消失。
庫珀對的形成可以這樣通俗理解：
當帶正電的原子被電子吸引后，就會聚集起來，這里正電荷多一點，自然會吸引別的電子過來，這兩個電子即完成配對。
顯然原子質量越重，就越難被電子吸引，電子也就越難形成庫珀對，因此科學家把目光瞄向了最輕的原子——氫。
但問題是，常壓下固態(tài)氫中沒有自由電子。只有高壓改變固態(tài)氫的結構，讓氫釋放出電子，才有可能形成庫珀對。此時氫變成了一種金屬狀態(tài)——金屬氫。
2014年，吉林大學的馬琰銘和崔田團隊基于對BSC理論的計算，各自做出了關鍵預測。前者預言H?S在160GPa下超導臨界溫度為80K；后者則認為H?S與H?復合成的H3S結構在200 GPa下超導臨界溫度在191K至204K之間。
2015年9月，德國馬普化學研究所的德羅茲洛夫（A. P. Drozdov）和葉列米特（M. I.
展開 
超高壓力下鈮鈦合金超導電性研究進展
鈮鈦合金超導體在數(shù)千種已知的超導體中以其優(yōu)異的綜合性能得到廣泛的應用，是目前醫(yī)用核磁共振和大科學裝置超導磁體中的關鍵材料。鈮鈦合金是一種典型的過渡族元素組成的二元合金。前期在對由多元過渡族金屬元素組成的高熵合金超導體(TaNb)0.67(HfZrTi)0.33的研究中發(fā)現(xiàn)，在超高壓力下（百萬大氣壓以上的壓力為超高壓力，100萬大氣壓=100 GPa），該合金表現(xiàn)出異常穩(wěn)定的超導電性【PNAS 114(2017)13144】。由于鈮和鈦是這種高熵合金的主要構成元素，通過對鈮鈦合金超高壓力下超導電性的研究，能加深對高熵合金超導的微觀機制的理解。
最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心超導國家重點實驗室和普林斯頓大學合作，對鈮鈦合金超導體在超高壓力下的超導電性進行了系統(tǒng)的研究。發(fā)現(xiàn)鈮鈦合金在高達261.7GPa的壓力下仍保持具有零電阻的超導電性，這表明鈮鈦合金是所有超導體中目前已知的最耐壓的超導體。 這個壓力是已有報導的超導電性存在的最高壓力。在該壓力下鈮鈦合金超導體超導的轉變溫度由常壓下的9.6K提高到了19.1K，合肥強磁場高壓磁阻實驗結果表明在211GPa壓力和1.8K溫度下其臨界磁場由15.4T提高到了19T。這是過渡族金屬元素合金超導體中所發(fā)現(xiàn)的最高超導轉變溫度和最高臨界磁場。上海光源同步輻射高壓XRD實驗結果表明，在200 GPa壓力下沒有發(fā)生晶體結構變化，但其體積被壓縮了大約43%。
上述研究揭示了由過渡族金屬元素構成的合金超導體在高壓力下其超導電性具有可抵御大形變而穩(wěn)定存在的特性，這與銅氧化物和鐵基超導體超導電性對體積變化的高度敏感性形成了鮮明的對比，也與后過渡族金屬元素超導體（價態(tài)電子中d電子滿殼層）的超導轉變溫度隨體積壓縮而下降的行為明顯不同。
展開 《PRL》銅基高溫超導電性理論獲進展！
在銅基高溫超導體中，一個廣泛的共識就是超導來源于2維CuO2面。從80年代發(fā)現(xiàn)銅基高溫超導體起，大量的實驗表明銅基超導是一個存在節(jié)點的d波配對超導體，其中著名的實驗包括美國IBM實驗室崔章琪等人在三晶約瑟夫森結中發(fā)現(xiàn)的自發(fā)量子化磁通實驗[1]。2016年，清華大學薛其坤（今天剛獲得 2018年度國家自然科學獎一等獎，詳情請看今天推送的第一條文章）院士團隊成功地利用分子束外延技術在d波Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212)超導襯底上生長出單層CuO2面[2]. 不同于在d波超導體中的節(jié)點V型局域態(tài)密度，掃描電子顯微鏡（STM）在單層CuO2面上發(fā)現(xiàn)無節(jié)點U型局域態(tài)密度。這一實驗結果對銅基高溫超導體中已經廣泛認可的CuO2面d波配對超導體提出新的挑戰(zhàn)。
最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心凝聚態(tài)理論與材料計算重點實驗室胡江平研究員（T06組）與美國波士頓學院汪自強教授、波士頓學院蔣坤博士后和德國維爾茨堡大學吳賢新博士后（物理所博士）合作，通過理論計算發(fā)現(xiàn)在Bi2212上的單層CuO2面是一個多軌道引起的全能隙，無節(jié)點高溫超導體。首先，密度泛函理論計算表明，CuO2/Bi2212界面上存在著大量的電荷轉移，使得CuO2單層高度過摻雜到3d8Cu3+狀態(tài)附近。
在常規(guī)銅基超導中，Cu處于3d9Cu2+狀態(tài)附近。通常可以通過構建單帶以d_x2-y2為主的Zhang-Rice單態(tài)描述CuO2的電學性質。但在3d8Cu3+狀態(tài)情況下，Cu的d_x2-y2和d_3z2-r2軌道都變得很重要。通過構建一個eg兩軌道模型發(fā)現(xiàn)高度過摻雜CuO2單層存在兩個不同費米面。在布里淵區(qū)中心Γ點和邊角M點，分別存在一個電子型費米面（Γ）和一個空穴型費米面（M）。借鑒鐵基超導中S±波配對經驗，CuO2單層同樣也可以得到S±波配對。
展開 研究人員發(fā)現(xiàn)超離子材料 適用于電池和其他能量轉換裝置
他在尋找一種具有非常規(guī)行為的新型超導體時，有了意想不到的發(fā)現(xiàn)。這是一種只有四個原子厚度的材料，僅允許在二維空間內研究帶電粒子的運動。這些研究可能會推動發(fā)明用于各種能量轉換裝置的新材料。
二維超離子導體α-KAg3Se2的四層原子結構，原子顏色與圖中名稱顏色相符。（圖片來源：阿貢實驗室）
Kanatzidis的目標材料是一種銀、鉀和硒的混合物（α-KAg3Se2），呈四層結構，就像婚禮蛋糕一樣。這些2D材料具有長度和寬度，但幾乎沒有厚度，只有四個原子高。
超導材料在冷卻到極低溫度時，會失去所有對電子運動的阻力。Kanatzidis表示：“令人失望的是，這種材料根本不是超導體，我們也不能讓它成為超導體。但是，讓我大吃一驚的是，這竟然是一個超離子導體的夢幻般的例子。”
在超離子導體中，帶電離子在固體材料中，可以像在電池的液體電解質中一樣自由漫游，從而使固體具有異常高的離子電導率，這是導電能力的衡量標準。這種高離子電導率帶來了低熱導率，這意味著熱量不容易通過。這兩種特性加在一起，使超離子導體成為可用于能量存儲和轉換設備的超級材料。
該研究小組發(fā)現(xiàn)了這種具有特殊性質的材料，第一條線索是，當把這種材料加熱到華氏450-600度之間時，它會轉變?yōu)橐环N更對稱的分層結構。研究人員還發(fā)現(xiàn)，當降低溫度，然后再升到高溫區(qū)時，這種轉變是可逆的。Mercouri Kanatzidis表示：“分析結果顯示，在轉變之前，銀離子被固定在材料中有限的二維空間內。然而，在發(fā)生轉變之后，它們會左右搖擺。”雖然人們對離子在三維空間中的運動了解很多，但對其在二維空間中的運動卻知之甚少。
展開 南京大學繆峰&王強華：第二類外爾半金屬超導研究重要進展
在這個結構中，NbSe2作為超導體，在垂直方向上通過近鄰效應誘導實現(xiàn)了WTe2超導，如圖b所示，可以根據測量的臨界電流證實超導信號來自于WTe2。同時， WTe2在不同偏壓下的微分電阻（如圖c所示）表現(xiàn)出了震蕩的趨勢，與一般超導體截然不同。對一般超導體，當電流導致超導被破壞時，電阻會從零瞬時變回常值電阻；而對于WTe2，微分電阻的震蕩表明其在從超導態(tài)到正常態(tài)的變化過程中，庫珀對的破壞并不是在瞬時發(fā)生的，而是一個逐步被破壞的過程。理論計算表明，WTe2被NbSe2誘導超導后，其態(tài)密度在超導帶隙內是V型的，不同于一般超導體的U型。此外，態(tài)密度在帶隙內的震蕩趨勢（圖d）與實驗結果吻合很好，證明了觀察到的微分電阻震蕩確實是WTe2超導的亞帶隙反常引起的獨特性質。最后，值得指出的是，除了利用近鄰效應，在同樣的WTe2體系中實現(xiàn)超導還可能有不同的技術途徑，其中包括不久前南京大學物理學院李紹春教授合作團隊提出的堿金屬插層的實驗手段。
圖一
a)WTe2/NbSe2異質結器件結構示意圖；b)WTe2被誘導實現(xiàn)超導；c)微分電阻(dV/dI-Vds)的震蕩數(shù)據；d)理論計算WTe2超導的亞帶隙反常特性。
展開 DNV展望2020年的綠色船舶前沿技術
3.4 超導體
常規(guī)的發(fā)電機、變壓器等電力設備由于電阻的存在，總是會有能量損失。超導體在-160℃的環(huán)境下為零電阻，超導體電線所傳導的電流是同規(guī)格的銅制電線的150倍。如果采用超導體則發(fā)電機等相關設備可大大減小體積規(guī)格，并且還可期待使用超導線圈的能源儲存設備技術發(fā)展。
但是如果要使用超導體材料，需要在液氮等超低溫環(huán)境下以及采用屏蔽罩裝置，如果沒有這些條件超導體無法保存。如何在超低溫環(huán)境下保證設備的穩(wěn)定性將是超導體船舶在設計上需要攻破的課題。
2009年美國海軍成功進行了36500 kW的超導體發(fā)電機用于船舶推進系統(tǒng)的試驗。
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3.5 船舶岸電供電系統(tǒng)
一般船舶燃料的年消費量中5%是在港口停泊時消耗的。在人口密集的港口停靠時，船舶發(fā)電機中排放的廢氣對環(huán)境和人類的健康有無法忽視的影響。如果船舶岸電供電系統(tǒng)能夠普及的話，將消除船舶廢氣排放對港口周邊環(huán)境和人類健康的損害。
到2020年，陸地與船舶之間的充電插口或許將標準化，不僅新造船舶，現(xiàn)有船舶也將統(tǒng)一配備。這個接口可將岸上的供電電壓轉化成船舶內的供電電壓，使船舶可自由的在世界各個港口的岸上充電設備獲取電力。
為港口配備岸上供電系統(tǒng)將是今后有待突破的課題。下圖為CrossTree公司提出的岸電供電系統(tǒng)方案。
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四、信息化航海技術
所謂信息化航海技術，是指將船舶的精確方位數(shù)據、氣象數(shù)據、各類測算數(shù)據、船舶性能數(shù)據等融合一體，將電子海圖打造成船內信息集成平臺的技術。
展開 -23℃，高溫超導記錄再次被突破！
這意味著，超導體的研究在向“室溫超導”的道路上邁出了一大步。但需要注意的是，研究樣本必須在170吉帕（相當于地心壓力的一半）的巨壓之下才會出現(xiàn)超導作用。
文章鏈接：
https:/www.nature.com/articles/d41586-018-07831-x
1911年，荷蘭物理學家昂尼斯（H.K.Onnes）第一次發(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象和超導體。隨后，在原理探索上，John Bardeen，Leon Neil Cooper和John Robert Schrieffer 3位美國科學家于1957年提出BCS超導理論。基于這一理論，科學家 McMillan提出超導轉變溫度可能存在上限，一般認為不會超過 40K（-223.15℃）。
但隨后，科學家不斷推高超導材料的溫度，此前的最高溫度是1994年朱經武研究組在高壓條件下創(chuàng)造的164K（-109.15℃）記錄。
埃雷米茨的發(fā)現(xiàn)，進一步佐證了預測超導體溫度上限的理論方法的正確性。雖然人類距離真正應用超導還有“十萬八千里”，但我們正在步步逼近“室溫超導”，這項技術成熟時，將給電線電纜等基礎設施領域帶來巨大改變。
展開 香港理工大學鄭子劍教授課題組AFM：在透氣超彈液態(tài)金屬導體材料上取得新進展
然而，目前可拉伸的液態(tài)金屬導體材料面臨著兩個嚴峻的挑戰(zhàn)。首先，由于比表張力很大 （以鎵銦錫共熔液態(tài)金屬為例，室溫下的表面張力為718 mN m-1），液態(tài)金屬很難自動在可拉伸的高分子基底表面浸潤及鋪展，這給液態(tài)金屬導體的制備帶來困難。其次，由于大應變拉伸時導體材料的尺寸變化，導體的電阻不可避免地會有很大的增加 （幾十幾百倍）。此外，在可穿戴電子的是長期實際應用中，材料的透氣性對穿著舒適性也極為重要。基于以上，鄭子劍教授團隊通過對超浸潤液態(tài)金屬及拉伸導電性增加的聚合物分子框架的設計，在三維多孔的纖維網絡修飾可與液態(tài)金屬反應型浸潤的銀層，使得液態(tài)金屬的浸潤接觸角到0°左右。同時，纖維網絡的毛細力使得液態(tài)金屬可快速灌輸?shù)?em>超親的纖維網絡中。這一現(xiàn)象在拉伸過程中更加明顯，進而產生更多的導電回路來緩解電阻在大應變下的變化。
圖1. 超浸潤液態(tài)金屬及拉伸導電性增加的液態(tài)金屬導體材料的制備。
該團隊通過液態(tài)金屬與銀層的反應型浸潤，制備銦銀的金屬間化合物，使得液態(tài)金屬在靜電紡絲纖維網絡表面的接觸角從145°降低到0°左右。同時，由于靜電紡絲網絡的毛細力，液態(tài)金屬可進一步灌輸?shù)狡淙S多孔的結構中，可得到高液態(tài)金屬載量 （64~210 mg cm-2）低電阻的可拉伸導體材料。在實際應用中，該導體材料還能在拉伸-松弛的過程中形成橫向網狀和垂直彎曲的褶皺結構，使得該導體具有透氣透水性。這項研究工作為高導電性、高導電穩(wěn)定性、超浸潤的液態(tài)金屬可拉伸導體材料設計提供了一種新的策略。
圖2. a)液態(tài)金屬載量與導電性的關系；b)應力應變曲線；c) 應變下的電阻變化；d) 循環(huán)拉伸測試過程中的電阻變化。
展開 
兩項材料類成果入選中科院2018年年度科技創(chuàng)新亮點成果、科技成果轉移轉化亮點工作
其中兩項材料類成果入選：
1.中科院2018年年度科技創(chuàng)新亮點成果：
鐵基超導體中發(fā)現(xiàn)馬約拉納束縛態(tài)
完成單位：中國科學院物理研究所、中國科學院大學中國科學院物理研究所、中國科學院大學研究員高鴻鈞、丁洪領導的研究團隊與合作者，利用極低溫-強磁場-掃描探針顯微鏡聯(lián)合系統(tǒng)首次在鐵基超導體FeTe0.55Se0.45中觀察到了純的馬約拉納束縛態(tài)。這是首次在單一塊體超導材料中發(fā)現(xiàn)高純度的馬約拉納任意子，能在相對高的溫度下實現(xiàn)，不容易受到其他準粒子的干擾。同時，這也預示著在其它的多能帶高溫超導體里也可能存在馬約拉納任意子，為馬約拉納物理的研究開辟新的方向。該馬約拉納零能模具有高純度、高溫度的特點且結構簡單，更容易實現(xiàn)對馬約拉納任意子的編織操縱，對研究穩(wěn)定的、高容錯、可拓展的未來量子計算機具有重要意義。相關研究成果于2018年8月16日在線發(fā)表在《科學》（Science）雜志上。
2.中科院2018年年度科技成果轉移轉化亮點工作：
材料耐久性聯(lián)合防護技術護航港珠澳大橋
完成單位：中國科學院金屬研究所
全球最長跨海大橋——港珠澳大橋2018年10月24日正式通車運營，大橋設計使用壽命120年，中國科學院金屬研究所自主研發(fā)的新型聯(lián)合防護技術解決了這個難題。金屬所李京研究團隊先后完成了港珠澳大橋基礎結構用鋼樁防護涂層、陰極保護、原位腐蝕監(jiān)測及高性能涂層鋼筋等專項課題研究，并在橋址現(xiàn)場進行了足尺模型驗證，為大橋提供了系統(tǒng)的腐蝕防護設計并參與工程實施，滿足了港珠澳大橋120年耐久性設計要求。
展開 Nature子刊：西工大曹崇德團隊鐵基超導重要進展！
西工大理學院曹崇德教授團隊與美國萊斯大學戴鵬程教授團隊以及德國馬普固體研究所、美國標準局、橡樹嶺國家實驗室和中國人民大學的同行合作，研究了Ni摻雜NaFeAs鐵基超導體的結構、向列性、磁性和超導特性之間的關系，在高溫超導體中發(fā)現(xiàn)了奇異的畸變現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)向列漲落有助于超導的形成。研究成果以“Local orthorhombic lattice distortions in the paramagnetic tetragonal phase of superconducting NaFe1?xNixAs“為題在Nature Communications（《自然-通訊》）上在線發(fā)表，曹崇德教授與戴鵬程教授為文章的共同通訊作者。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-018-05529-2
這是他們繼首次在鐵基超導附近發(fā)現(xiàn)莫特絕緣體（Nature Communications, 2016, 7, 13879; https://www.nature.com/articles/ncomms13879）之后的又一重要研究進展。
超導材料，是具有在一定的低溫條件下呈現(xiàn)出電阻為零以及排斥磁力線的性質的材料。超導材料處于超導態(tài)時電阻為零，能夠無損耗地傳輸電能，這意味著電能和信息的快速傳遞。作為一類特殊的重要功能材料，超導材料已廣泛用于超導強磁體、高能粒子加速器、磁懸浮運輸（如磁浮列車）、受控熱核反應、通信電纜和天線、儲能器件，重要的精密測量儀表、醫(yī)療器械、輻射探測器、微波發(fā)生器等。另外，超導材料還是量子通信的關鍵材料。目前為止，已發(fā)現(xiàn)的超導材料其臨界超導溫度均遠低于零度，尋找到室溫超導材料是人類的夢想之一，而實現(xiàn)這一夢想的前提是搞清楚超導產生的機理。
展開 PNAS: 中國學者在拓撲外爾半金屬晶體中發(fā)現(xiàn)非平庸超導特性
同時，通過電輸運測量和比熱測量，發(fā)現(xiàn)這種材料為s波超導體，且它的超導能隙的帶間耦合很強，超導對稱性應為s+- 對稱性。
這可能是繼鐵基高溫超導之后，又一種新的s+-超導體。而且根據理論預言，拓撲外爾半金屬中s+-對稱性的超導態(tài)會形成拓撲超導態(tài)。摻硫的第二類拓撲外爾半金屬二碲化鉬單晶中拓撲超導特征的發(fā)現(xiàn)，證實了外爾半金屬中實現(xiàn)拓撲超導的可行性，推動了拓撲超導相關領域的進一步發(fā)展，也為拓撲量子計算機的最終實現(xiàn)奠定了前期的科研基礎。文章于北京時間2018年8月31日在PNAS上在線發(fā)表(DOI: 10.1073/pnas.1801650115)。北京大學王健教授、馮濟教授和復旦大學張童教授是本文的共同通訊作者。北京大學李亞楠碩士、顧強強博士和復旦大學陳晨博士為共同第一作者。
圖二.掃描隧道顯微鏡觀發(fā)現(xiàn)表面態(tài)的超導能隙遠超過體態(tài)的超導能隙，揭示出拓撲超導的可能性。(A) 4 K和0.4 K下樣品表面的微分電導dI/dV譜。在0.4 K下，超導能隙是1.7meV，遠大于體態(tài)的超導能隙，且能隙與臨界溫度的比值約為約為8.6，遠大于常規(guī)超導材料的能隙與臨界溫度的比值（1.76）。4 K時樣品處于非超導態(tài)。(B) 0.4 K超導dI/dV譜和各向同性BCS超導譜的對比。(C) 0.4 K時，不同磁場下的超導dI/dV譜，超導能隙被外加磁場所抑制。
這項工作得到了國家重大科學研究計劃重點專項，國家自然科學基金，中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等項目的資助。
來源：知社學術圈
展開 Nature二連發(fā)說什么——石墨烯中的新電子態(tài)
麻省理工學院的Pablo Jarillo-Herrero、曹原在魔角扭曲的雙層石墨烯中發(fā)現(xiàn)新的電子態(tài)，可以簡單實現(xiàn)絕緣體到超導體的轉變，打開了非常規(guī)超導體研究的大門，該成果以“背靠背”形式刊登在Nature官網上。
Nature：在魔角石墨烯超晶格中半填充時的相關絕緣體行為
【引言】
范德華異質結構是二元構筑單元垂直堆疊而成，在二維材料豐富的功能性基礎上，可以實現(xiàn)更多的工程化操縱。其中一個方向，就是通過控制層間扭曲角度，來調控范德華異質結的電子結構。到目前為止，關于扭曲角度在范德瓦爾斯異質結構中效應的研究主要集中在石墨烯/六方氮化硼扭曲結構中，由于在六方氮化硼中存在大帶隙，其表現(xiàn)出相對較弱的層間相互作用。
【成果簡介】
近日，在美國麻省理工學院P. Jarillo-Herrero教授（通訊作者）團隊和曹原（第一作者）的帶領下，與美國哈佛大學，日本國立材料科學研究所合作，報道了當兩個石墨烯片材扭曲接近理論預測的“魔角”時，由于強的層間耦合，產生的電荷中性附近的能帶結構變得平坦。這些扁平帶在半填充時表現(xiàn)出絕緣狀態(tài)，產生的新電子態(tài)是Mott絕緣體態(tài)，來源于電子之間的強排斥作用。魔角扭曲雙層石墨烯的獨特性質可能為無磁場的二維平臺上的多體量子相位開啟新的運動場。相關成果以題為“Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices”發(fā)表在了Nature上。
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