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2019-11-04
铜基超导体是一种优质的导电材料，近日，复旦大学物理学系张远波团队和中国科学技术大学陈仙辉院士合作，首次获得了二维极限下的单层铜基超导体的导电数据，证明其具有与块体铜基超导体相同的超导特性。10月31日，该项研究在线发表于《自然》。
迄今为止，人类已经合成数十种铜基超导体，它们都具有相似的层状原子结构，核心结构皆由铜氧面和由其他原子构成的平面经层层交替堆叠而成。铜基超导体的导电特性是否与其结构有关呢？
研究团队从一种具有代表性的铜基超导体——铋锶钙铜氧（Bi-2212）出发，以氧化硅为衬底，成功得到大面积单层Bi-2212单晶。单层Bi-2212是一种对大气及环境温度极其敏感的材料，而目前的加工手段中，Bi-2212均不可避免地需要经过液相化学环境处理，或进行不同程度的加热，制备单层Bi-2212晶体犹如“天方夜谭”。
历时一年多的试错，该团队探索出一套制备单层Bi-2212输运器件的完整方案。在电极的制备过程中，研究团队自主开发出微电极冷焊技术，将铟/金箔电极在低温下直接与薄层样品接合，所有的制备都在零下40摄氏度的惰性气体环境中完成。
利用这一方案，单层Bi-2212单晶中的高质量超导转变第一次展现在团队眼前。之后，团队又在单层样品中复现了块体材料的相图。实验发现，在最佳掺杂状态下，单层Bi-2212的超导转变温度与块体材料的数据几乎完全一致，差别在实验误差范围之内。结合输运和扫描隧道显微学及谱学数据，该团队发现，二维极限下单层Bi-2212相图中的超导态、赝能隙态、电荷密度波态以及模特绝缘态都与块体行为保持一致。（卜叶、黄辛、范琼、杨凡）
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