鋁酸鑭（LaAlO3）和鉭酸鉀（KTaO3）是兩(liang) 種絕緣體(ti) ，但當它們(men) 組合在一起時，界麵就能導電甚至出現超導現象。這種剛剛“問世”的界麵超導引發了科學家強烈的興(xing) 趣，來自浙江大學物理學係、中科院物理研究所等機構的學者發現，可以像調控半導體(ti) 器件那樣，用電壓連續調控LaAlO3/KTaO3界麵的導電性質：隨著門電壓的變化，它呈現了從(cong) 超導到絕緣體(ti) 的連續轉變。同時，研究團隊還在這一界麵觀測到了可被連續調控的量子金屬態等許多新奇的物理現象。

　　5月14日，成果論文《電場控製LaAlO3/KTaO3(111)界麵超導》在《科學》雜誌上線。這一發現為(wei) 人們(men) 探索低溫量子現象呈現了一個(ge) 嶄新的視野，也為(wei) 超導器件的研發提供了新的思路。

　　論文的共同第一作者為(wei) 浙大物理係博士生陳崢、劉源和北京航空航天大學博士後張慧，共同通訊作者是浙大物理學係研究員謝燕武，中科院物理所研究員孫繼榮和周毅。

　　新的調控，新的機製

　　LaAlO3/KTaO3界麵超導今年2月才剛剛在《科學》雜誌正式“亮相”。

　　今年2月發表在《科學》雜誌的論文指出，“LaAlO3/KTaO3的超導轉變溫度可達2.2 K，比“前浪”的0.3 K高出整整一個(ge) 數量級。那麽(me) ，它會(hui) 有哪些新奇的性質？它的超導性能也能被調控嗎？它對超導機製研究會(hui) 有哪些價(jia) 值？神秘的“後浪”吸引著謝燕武與(yu) 他的合作夥(huo) 伴們(men) 去一探究竟。

　　調控，是實驗科學研究最重要的手段和內(nei) 容。在這項研究中，研究團隊發現了一種全新的調控機製，實現了LaAlO3/KTaO3導電性能的連續可調，器件隨電壓變化呈現了從(cong) 超導到絕緣體(ti) 的連續轉變。

　　謝燕武介紹，導電電子在低溫下兩(liang) 兩(liang) 配對，就會(hui) 形成超導，目前已知的超導體(ti) 係已經非常多，但能被電場調控的鳳毛麟角。“”我們(men) 的調控方法本質就是調控電子‘隊形’的空間分布，讓它們(men) 在更靠近或更遠離界麵的地方運動。”大量的電子在氧化物界麵附近運動時，會(hui) 受到晶格缺陷（也稱為(wei) “無序”）的影響。

　　“就像開車時遇到障礙物。”謝燕武說。這種“無序”越貼近界麵分布越密集，越遠離界麵則越稀疏。基於(yu) 這一認識，研究團隊提出了改變電子空間分布的思路，“如果有更多的電子靠近界麵，那麽(me) 整體(ti) 來看它們(men) 遇到的‘障礙物’就變多了，這會(hui) 顯著影響電子以及配對後的超導庫珀對的運動行為(wei) 。”

　　“從(cong) 表麵看，我們(men) 與(yu) 傳(chuan) 統的方法用的都是門電壓調控，但背後的調控機製是全新的。”孫繼榮說，傳(chuan) 統的方法，無論是半導體(ti) 晶體(ti) 管還是LaAlO3/SrTiO3，都是通過改變電子濃度從(cong) 而實現對導電性能的調控，這裏需要有個(ge) 前提：電子濃度低。

　　“相比之下，LaAlO3/KTaO3界麵的電子濃度很高，不能滿足傳(chuan) 統的調控機製，因此需要探索全新的調控機製。”孫繼榮說，新的調控仍然以類似於(yu) 晶體(ti) 管的方式工作，但本質上打破了對於(yu) 電子濃度的限製。

　　為(wei) 開發超導器件提供新視野

　　陳崢與(yu) 劉源全程參與(yu) 了樣品的製備和測試。陳崢說，研究過程中最難忘的是第一次測出LaAlO3/KTaO3超導性的那一天，“表明我們(men) 已經掌握了製備這一新界麵超導體(ti) 係的方法，可以開始我們(men) 的調控研究了！”隨著實驗的推進，越來越多的數據湧現出來。當他們(men) 把它們(men) 放到一起時，驚奇地發現在低溫下是一條又一條水平線條，也就是說，無論溫度在0~1K的區間內(nei) 如何變化，LaAlO3/KTaO3界麵的電阻幾乎始終是恒定的。

　　“量子金屬是同時具有部分超導和金屬特性的新奇量子物態，這是一種典型的量子金屬態。”周毅說，“已知的量子金屬態都隻處於(yu) 某個(ge) 量子臨(lin) 界點上。而這個(ge) 係統可以連續調控，量子金屬作為(wei) 相圖上一個(ge) 物相的形式存在，這個(ge) 新發現令我們(men) 異常激動。”

　　《科學》雜誌的審稿人對這項研究給與(yu) 了非常積極的回應，他們(men) 認為(wei) ，這種完全可調的超導性是一項引人入勝的突破，該項研究充分深入，幾乎覆蓋了過去10多年人們(men) 在LaAlO3/SrTiO3體(ti) 係中獲得的認識。

　　謝燕武說，對於(yu) 新材料的研究主要來自於(yu) 兩(liang) 方麵動力：一方麵想通過新材料的研究來發現新的物理現象，獲得更多的科學見解；另一方麵也試圖為(wei) 開發新器件提供有益的線索。

　　“我們(men) 在LaAlO3/KTaO3體(ti) 係中的研究可為(wei) 理解超導機製，尤其是理解高溫超導中的機製提供全新的素材，同時也為(wei) 將來開發超導器件提供了新的視野。”

　　研究得到了浙江大學量子交叉中心同仁在技術和設備等方麵的全方位支持，同時還得到了浙江大學“雙一流”建設專(zhuan) 項經費、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、和浙江省重點研發計劃等支持。

　　相關(guan) 論文信息：https://doi.org/10.1126/science.abb3848

關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】，了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】，了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習(xi) 觀鳥相關(guan) 科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情