王克东团队在超导领域研究取得重要进展

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近日，南方科技大学物理系副教授王克东课题组与中山大学副教授明方飞、美国田纳西大学教授Hanno H. Weitering等合作，在超导领域研究取得重要进展，相关结果以“Superconductivity in a Hole-Doped Mott-Insulating Triangular Adatom Layer on a Silicon Surface”为题在《物理评论快报》（Physical Review Letters）发表。

      铜氧化物高温超导体的发现引起了人们对Mott物理和超导电性之间关系的关注。由于强电子关联的存在，未掺杂的铜氧化物通常表现为反铁磁的Mott绝缘态。电子或空穴掺杂的引入可以使铜氧化物实现从Mott绝缘态到超导态的转变，并且具有远高于常规超导体的超导临界温度。然而经过几十年的研究，学术界对铜氧化物的超导转变机制仍没有达成共识。组分、缺陷、掺杂等因素，使得对铜氧化物电子结构的解析变得困难重重。一个结构简单的、能通过掺杂实现超导转变的Mott绝缘材料，是研究超导转变机制的理想对象。

图1： （a）、（b）Si（111）表面的Sn结构示意图。（c）Sn的STM图像。

图2： （a）Sn费米面附近表面态能带结构。（b）未掺杂状态的Sn的扫描隧道谱，显示了该体系的Mott绝缘态。（c）空穴掺杂的Sn的扫描隧道谱。（d）费米面附近的扫描隧道谱，低温下显示了明显的超导性质，其超导转变温度约为4.7K。（e）外加磁场对超导态的抑制。

       Si（111）表面上可以制备仅包含三分之一层锡原子的Sn结构，该结构中每个锡原子与下面的硅原子形成三个饱和键，留下一个向上的半满的悬挂键。这种稀疏的吸附原子重构构成了一种反铁磁Mott绝缘体。采用重掺杂的p型Si（111）衬底可以对该体系进行空穴掺杂调制。掺杂导致的费米面附近出现准粒子峰（QPP）和范霍夫奇点（VHS）等现象，使我们确认该体系与铜氧化物高度相似。研究团队利用扫描隧道谱探测到该体系的超导现象，同时通过研究超导态随温度和磁场的变化关系，在该体系中观察到磁场诱发的超导涡旋。其超导临界温度为4.7±0.3K，高于锡体态的超导临界温度。由于电子关联产生的Mott态的存在会抑制s波配对通道，该体系可能属于非常规超导体。这一存在超导现象的简单体系有助于人们更好的理解Mott物理和超导电性之间的关系。
       南科大物理系为论文第一通讯单位，南科大物理系高级研究学者吴雪峰、明方飞为论文的共同第一作者，王克东、明方飞、Hanno H. Weitering为论文通讯作者。


       本论文链接：https://journals.aps.org/prl/abs ... sRevLett.125.117001

供稿单位：物理系

通讯员：黄绮梦

编辑：程雯璟

主图设计：丘妍

      文章来源：南方科技大学

      王克东，男，汉族。现任南方科技大学物理系副教授，深圳市海外高层次人才“孔雀计划”入选者。主要从事表面物理研究工作。于1999年，获得中国科技大学物理系学士学位，2005年，获得中国科技大学理化科学中心博士学位。2003年5月至2004年5月，香港科技大学物理系，研究助理。2005年7月至2005年11月，合肥微尺度物质科学国家实验室， 访问学者。 2005年11月至2006年11月，香港科技大学物理系，副研究员。 2006年11月至2007年10月，香港中文大学物理系，博士后。2007年10月至2008年7月，香港科技大学物理系，副研究员。 2008年8月年至2013年7月，香港中文大学物理系，研究助理教授。2013年8月至今， 南方科技大学物理系，副教授。

      明方飞，男，博士，中山大学“百人计划”引进人才，中山大学电子与信息工程学院副教授，主要从事低维材料，凝聚态物理，原子、分子尺度的纳米结构及其电学性质等方面的实验研究，专长于扫描探针显微学，研究成果被Physical Review Letters、Nature Communications等期刊杂志多次引用。