2021年4月28日
新的界面超导体具有新的性质，提出了新的基本问题，可能对量子信息处理或量子传感有帮助。
固体中的界面构成了许多现代技术的基础。例如，我们所有电子设备中的晶体管都是通过控制半导体界面上的电子来工作的。更广泛地说，任何两种材料之间的界面都可能具有独特的特性，这些特性与两种材料内部的特性截然欧洲杯足球竞彩不同，这为新的发现奠定了基础。
像半导体一样，超导材料在技术上有许多重要的意义，从用于核磁共振成像的磁铁，欧洲杯足球竞彩到加速电连接，或者可能使量子技术成为可能。绝大多数超导材料和设备都是3D的，这给了它们科学家们很好的理解的特性。欧洲杯足球竞彩
超导材料的一个基本问题涉及到过渡温度——材料变成超导时的极低温度。欧洲杯足球竞彩所有的超导材料在正常压力下，在远低于室外欧洲杯足球竞彩最冷的温度下，就会变成超导材料。
现在，美国能源部阿贡国家实验室的研究人员发现了一种新方法，可以在相对较高的过渡温度下(尽管仍然较冷)在材料界面上产生二维超导性。这种界面超导体具有新的性质，提出了新的基本问题，可能对量子信息处理或量子传感有帮助。
在这项研究中，阿贡博士后研究员刘长江和他的同事们在阿贡材料科学家阿南德·巴塔查里亚领导的团队中发现了一种新的二维超导体形式，它位于氧化物绝缘体的界面上，被称为KTaO欧洲杯足球竞彩3.(遗传)。他们的研究结果于2月12日在线发表在《科学》杂志上。欧洲杯线上买球
2004年，科学家们观察到在另外两个氧化物绝缘体LaAlO之间有一薄层导电电子3.(老挝)和SrTiO3.(停止)。后来的研究表明，这种被称为二维电子气体(2DEG)的材料甚至可以成为超导材料——允许在不消耗能量的情况下传输电能。重要的是，超导性可以通过电场来开启和关闭，就像晶体管一样。
然而，为了达到这种超导状态，样品必须被冷却到大约0.2 K——一个接近绝对零度(- 273.15°C)的温度，这需要一种被称为稀释冰箱的专门设备。即使在如此低的转变温度下(TC)， LAO/STO界面已经在超导、自旋电子学和磁性方面进行了大量研究。
在新的研究中，研究小组发现，在KTO中，界面超导性可以在更高的温度下出现。为了获得超导界面，Liu、研究生Xi Yan和同事们在Argonne使用最先进的薄膜生长设备在KTO上生长了氧化铕(EuO)或LAO的薄层。
“这种新的氧化物界面使得二维超导器件的应用更加可行，”刘说。“由于其一个数量级更高的转变温度2.2 K，这种材料将不需要稀释冰箱就可以成为超导材料。它独特的特性引发了许多有趣的问题。”
一个奇怪的超导体
令人惊讶的是，这种新的界面超导性显示出对电子气体形成的晶体面方向的强烈依赖。
更神秘的是，测量结果显示，在掺杂较低的样品中，超导区被正常的非超导区分开，形成了条状的超导性。这种自发的条纹形成也称为向列性，通常在用于显示的液晶材料中发现。欧洲杯足球竞彩
“向列性的电子实现是罕见的，具有重大的根本利益。事实证明，EuO覆盖层是磁性的，而这种磁性在实现KTO向列态方面的作用仍是一个悬而未决的问题。”巴塔查里亚说。
在他们的《科学》论欧洲杯线上买球文中，作者还讨论了电子气体形成的原因。利用原子分辨率透射电子显微镜，Argonne的纳米材料中心的Wen Jianguo，以及伊利诺伊大学香槟分校的Jian-Min Zuo教授的团队表明，在覆盖层生长过程中形成的缺陷可能起着核心作用。欧洲杯足球竞彩
特别是，他们发现了氧空位和取代缺陷的证据，钾原子被铕或镧离子取代，所有这些离子都将电子添加到界面上，并将其变成一个2D导体。利用高级光子源(APS)的超亮x射线，Yan和Argonne的科学家Hua Zhou和Dillon Fong探测了覆盖层下的KTO界面，并观察了界面附近这些额外电子的光谱特征。
APS提供的界面敏感x射线工具包使我们能够揭示2DEG形成的结构基础，以及2D超导性不同寻常的晶体面依赖性。更详细的了解正在进行中。”周说。
这些结果不仅描述了2DEG的形成机理，而且为通过控制合成条件来改善界面电子气体的质量指明了方向。由于EuO和LAO氧化物覆盖层的超导性已经被尝试过，许多其他可能性仍有待探索。
本文对此进行了讨论“KTaO的二维超导性和各向异性输运3.(111)接口,“欧洲杯线上买球，DOI: 10.1126 欧洲杯线上买球/ science.aba5511．
作者是刘长江、颜希、靳大飞、马扬、萧hawwen、Lin Yulin、Terence M. Bretz-Sullivan、Xianjing Zhou、John Pearson、Brandon Fisher、J. Samuel Jiang、韩伟、左建民、文建国、Dillon D. Fong、孙继荣、Zhou Hua和Anand Bhattacharya。
在阿贡的这项工作得到了美国能源部科学办公室(基础能源科学办公室)的支持。欧洲杯线上买球纳米材料中心和先进光子源都是美国能源部科学用户设施欧洲杯足球竞彩办公室。欧洲杯线上买球
来源:http://www.anl.gov/