二維半金屬—二維超導(dǎo)體之間超流拖拽效應(yīng)揭示

(相關(guān)資料圖)

科技日報合肥1月15日電 (記者吳長鋒)15日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校曾長淦教授、李林副研究員研究團(tuán)隊與北京量子信息科學(xué)研究院解宏毅副研究員等合作，通過構(gòu)筑石墨烯與氧化物界面超導(dǎo)體系的復(fù)合結(jié)構(gòu)，揭示了二維半金屬和二維超導(dǎo)體之間由于量子漲落誘導(dǎo)的巨幅超流拖拽效應(yīng)。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于《自然物理》。

對于兩個空間相近但彼此絕緣的導(dǎo)電層構(gòu)成的電雙層結(jié)構(gòu)，在其中一層(主動層)施加驅(qū)動電流，層間載流子之間的耦合會在另一層(被動層)中誘導(dǎo)產(chǎn)生一個開路電壓或閉路電流，即產(chǎn)生層間拖拽效應(yīng)?；诙S電子氣之間的拖拽效應(yīng)，可以探索準(zhǔn)粒子的層間長程相互作用，發(fā)現(xiàn)如激子超流體等新穎層間關(guān)聯(lián)量子態(tài)。由于較強的介電屏蔽效應(yīng)，拖拽電流耦合比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1。而將其中一層或兩層替換成超導(dǎo)材料，將有望產(chǎn)生耦合比顯著增強的超流拖拽效應(yīng)。

研究團(tuán)隊構(gòu)筑了石墨烯與氧化物異質(zhì)界面組成的二維半金屬—超導(dǎo)體電雙層結(jié)構(gòu)，并對其層間拖拽行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究。他們發(fā)現(xiàn)，在氧化物界面超導(dǎo)轉(zhuǎn)變區(qū)間，石墨烯層中施加驅(qū)動電流可以在氧化物界面誘導(dǎo)出巨幅拖拽電流，且強度可以通過柵壓/外磁場等進(jìn)行有效調(diào)控。特別是在界面超導(dǎo)最優(yōu)摻雜附近，拖拽電流耦合比達(dá)到0.3，即所產(chǎn)生的拖拽電流大小與驅(qū)動電流相當(dāng)。與此前傳統(tǒng)普通金屬/超導(dǎo)金屬體系相比，耦合比提高了兩個量級以上。

這一結(jié)果揭示了宏觀量子漲落對于層間準(zhǔn)粒子相互作用的顯著調(diào)制。在應(yīng)用層面，基于該復(fù)合結(jié)構(gòu)將有望制備新型電流或電壓高效轉(zhuǎn)換器件，包括超導(dǎo)二極管等量子器件，將推動具有豐富量子物相的更廣泛二維電子體系的拖拽效應(yīng)研究，并發(fā)現(xiàn)更多基于層間長程耦合的新穎量子多體效應(yīng)。

關(guān)鍵詞： 驅(qū)動電流 電流耦合 雙層結(jié)構(gòu)