新研究中国物理通讯研究石墨烯衬底上生长的单层材料中的超导电性和电荷密度波现象。
研究:外延单层NbSe2薄膜中的电荷密度、波和电子-声子相互作用. 图片来源：3DStach/Shutterstock.com
单层超导体的发现和发展对基础物理学和新技术的发展具有重要意义。
虽然石墨烯已经成为这些材料的一种流行形式，但它缺乏电子带隙这一事实刺激了人们对其他具有半导体特性的二欧洲杯足球竞彩维材料的研究。
在这些2D材料中，过渡金欧洲杯足球竞彩属二卤化物（TMD）被证明是一种很有前途的替代物，在电子学、光子学和自旋电子学中表现出多种新颖的物理性质。
理解这些材料的关键是发展其超导性和电荷密度波(CDW)——线性欧洲杯足球竞彩链化合物或层状晶体中电子的有序量子流体——相互作用的可靠模型。
杂志上发表的一篇新论文中国物理通讯研究了铌二硒化物（NbSe2）中超导电性和CDW之间的相互作用，NbSe2是测试这两种现象的理想方法。
超导是什么?
1911年，荷兰物理学家海克·卡莫林·昂尼斯和他的团队首次发现了超导性，他们发现水银的电阻在4.2 K(-269°C)以下为零。
这使人们认识到，在某一临界温度以下，材料会过渡到超导状态。欧洲杯足球竞彩这导致了两个重要特性的发展。
首先，所讨论的材料不再能够欧洲杯足球竞彩抵抗代表电荷通过的电子运动。在电阻为零的这一点上，电流可以在材料中循环，而不会消耗任何能量。
超导状态的第二个重要特征是弱磁场不能穿透超导体。相反，磁场被控制在材料的表面。这种场斥力被称为迈斯纳效应。
传统的物理学和基本的固态量子理论(将电子的行为与晶体晶格中的离子的行为分开对待)都不能充分解释超导状态。
要做到这一点，就需要一种新的超导电性微观理论，该理论认为，电子在超导材料中通过与晶格振动的相互作用形成对，这种振动被称为声子。这些所谓的库珀对在固体内部无摩擦地移动，固体实际上被认为是一个正离子晶格，沉浸在电子云中。
当一个电子穿过晶格时，它的离子会被电子的负电荷吸引并轻微移动。这种运动产生一个带正电的区域，产生吸引另一个电子的连锁效应。
超导相的敏感性是由于库柏对很容易被热能分解的结果。
超导性和电荷密度波的区别是什么?
CDW中的电子形成驻波，当它们以相关的方式集体穿过材料时，它们共同携带电流和能量。这听起来很像超导体的行为。
这两种状态的主要区别在于库珀对中的电子稳定地流过超导体。CDW中的电子运动是断断续续的。
这也可以被认为是一个水龙头，水可以通过它自由流动，被关闭，但留下一个稳定的滴水。
在CDW中，电子流动中的这些周期性碰撞是由量子力学中称为粒子波二象性的因素引起的。这在光的粒子，光子的例子中是最常见的。欧洲杯猜球平台
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当光子传播时，可以将其建模为波，但当它们撞击表面时，其行为类似于粒子。当研究人员利用标志性的双缝实验发现电子和其他粒子也可以建模为波时，这种违反直觉的想法变得更具革命性。因此，它们也具有粒子波二象性。欧洲杯猜球平台
对于电子来说，这种现象导致它们之间的能量差距和电荷“碰撞”，从而产生cdw。
20世纪30年代，物理学家鲁道夫·佩瑞斯(Rudolf Peieris)预测了CDW的存在，他认为一维金属不稳定，在费米波矢量处形成的能量缺口会降低被填满的电子态的能量。
当一维晶体的周期晶格畸变导致原子位置振荡，从而打破一维晶体的完美秩序时，这些间隙形成于所谓的Peierls转变温度。
这一切都很好，但要使超导和电荷密度波现象变得有用，就必须找到能够达到这些状态而不会低于极低温度的材料。欧洲杯足球竞彩
这就是单层材料的由来。欧洲杯足球竞彩
铌二硒化物中超导电性和电荷密度波的研究
铌二硒化物(NbSe2)是温度低于7.2 K的超导体，也表现出CDW。当NbSe2在石墨烯基片上的单层中生成时，它表现出的特性与作为块状材料时完全不同。
在石墨烯衬底上生长的1H-NbSe2单层膜的超导过渡温度为~ 3.0 K, CDW过渡温度为~ 145 K。这些温度高于NbSe2的散装源的温度，而CDW的温度明显更高。
这项新研究的作者发现，在液氮温度下，单层NbSe2的两种稳定CDW态可以在NbSe2/BLG表面共存。
研究小组发现，从石墨烯基片到生长在其上的NbSe2薄膜的电荷转移影响了费米表面的构型——在零温度下，费米表面将已占电子能态与未占电子能态分离。
这导致费米能级上升130 meV，这决定了不同材料的导电性。这意味着超导性和CDW相可以在更高的温度下启动。欧洲杯足球竞彩
结论认为，单分子层NbSe2中的电子-声子耦合主导了其CDW相变。
这可能意味着铌二硒化物单分子膜的超导电性和CDW行为可能会受到生长衬底结构的影响。
参考
谢。X.，林德，朱。L等，[2021]，“外延单分子层NbSe2薄膜中的电荷密度波和电子-声子相互作用”，中国物理通讯。http://cpl.iphy.ac.cn/article/10.1088/0256-307X/38/10/107101
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