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科技日?qǐng)?bào)記者 吳長(zhǎng)鋒
15日，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校曾長(zhǎng)淦教授、李林副研究員研究團(tuán)隊(duì)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(guò)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)研究成果日前在線發(fā)表在《自然物理》上。
對(duì)于兩個(gè)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(dòng)層）施加驅(qū)動(dòng)電流，層間載流子之間的耦合會(huì)在另一層（被動(dòng)層）中誘導(dǎo)產(chǎn)生一個(gè)開路電壓或閉路電流，即產(chǎn)生層間拖拽效應(yīng)。基于二維電子氣之間的拖拽效應(yīng)，可以探索準(zhǔn)粒子的層間長(zhǎng)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(qiáng)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(qiáng)的超流拖拽效應(yīng)。
研究團(tuán)隊(duì)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(duì)其層間拖拽行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究團(tuán)隊(duì)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(dòng)電流可以在氧化物界面誘導(dǎo)出巨幅拖拽電流，且強(qiáng)度可以通過(guò)柵壓/外磁場(chǎng)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(dòng)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(gè)量級(jí)以上。
這一結(jié)果揭示了宏觀量子漲落對(duì)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(dòng)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(zhǎng)程耦合的新穎量子多體效應(yīng)。
（中國(guó)科大供圖）
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