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　　鋁酸鑭和鉭酸鉀原本是兩種絕緣體，但組合在一起，界面就能導電甚至出現(xiàn)超導現(xiàn)象——今年2月才在《科學》雜志正式“亮相”的這一發(fā)現(xiàn)，勾起了科學家持續(xù)探秘的興趣。

　　近日，浙江大學物理學系謝燕武研究員聯(lián)合中國科學院物理所孫繼榮研究員和周毅研究員等學者發(fā)現(xiàn)，可以像調(diào)控半導體器件那樣，用門電壓連續(xù)調(diào)控鋁酸鑭/鉭酸鉀界面的導電性質(zhì)：隨著電壓的變化，該界面呈現(xiàn)了從超導到絕緣體的連續(xù)轉(zhuǎn)變。同時，研究團隊還在該界面觀測到了可被連續(xù)調(diào)控的量子金屬態(tài)等許多新奇的物理現(xiàn)象。相關論文5月14日在《科學》雜志上線。

    調(diào)控電子分布 轉(zhuǎn)變氧化物界面超導屬性

　　2007年，瑞士日內(nèi)瓦大學的崔斯孔（Triscone）教授等首先發(fā)現(xiàn)了鋁酸鑭/鈦酸鍶界面存在超導現(xiàn)象。這標志著一類新的超導體系的誕生：氧化物界面超導。

　　“隨后的研究發(fā)現(xiàn)，鋁酸鑭/鈦酸鍶界面的超導電性可以通過電壓來開啟或關閉，就像半導體晶體管。”謝燕武說，這不禁讓人暢想，或許有一天學界能制造出像半導體一樣可以精確調(diào)控的超導器件。

　　本次研究中，研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種全新的調(diào)控機制，實現(xiàn)了鋁酸鑭/鉭酸鉀導電性能的連續(xù)可調(diào)，器件隨電壓變化呈現(xiàn)出從超導到絕緣體的連續(xù)轉(zhuǎn)變。

謝燕武介紹，導電電子在低溫下兩兩配對，就會形成超導，目前已知的超導體系已經(jīng)非常多，但能被電場調(diào)控的鳳毛麟角。“我們的調(diào)控方法本質(zhì)就是調(diào)控電子‘隊形’的空間分布，讓它們在更靠近或更遠離界面的地方運動。”

　　大量的電子在氧化物界面附近運動時，會受到晶格缺陷（也稱為“無序”）的影響，好比開車時遇到障礙物。這種“無序”越貼近界面分布越密集，越遠離界面則越稀疏。

　　基于這一認識，研究團隊提出了改變電子空間分布的思路。“如果有更多的電子靠近界面，那么整體來看，它們遇到的‘障礙物’就變多了，這會顯著影響電子以及配對后的超導庫珀對的運動行為。”

　　發(fā)現(xiàn)新線索 觀測到新奇的量子金屬態(tài)

　　謝燕武說，對于新材料的研究動力主要來自兩方面：一方面他們想通過新材料的研究來發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象，獲得更多的科學見解；另一方面，他們也試圖為開發(fā)新器件提供有益的線索。

　　在這項實驗中，研究人員測試了門電壓從-200伏特到150伏特區(qū)間時界面的導電性能。論文第一作者、浙江大學物理系博士陳崢說：“我們直接測量了在這一門電壓區(qū)間電子‘隊形’空間分布的變化，當導電通道在6納米時，鋁酸鑭/鉭酸鉀看起來是很好的超導體，而當通道調(diào)整到2納米時，它就成了絕緣體。”

　　隨著實驗的推進，越來越多的數(shù)據(jù)涌現(xiàn)出來——無論溫度在0到1開爾文的區(qū)間內(nèi)如何變化，鋁酸鑭/鉭酸鉀界面的電阻幾乎始終是恒定的。

　　“量子金屬是同時具有部分超導和金屬特性的新奇量子物態(tài)，這是一種典型的量子金屬態(tài)。”周毅說，已知的量子金屬態(tài)都只處于某個量子臨界點上。而這個系統(tǒng)可以連續(xù)調(diào)控，量子金屬作為相圖上一個物相的形式存在。

　　《科學》雜志的審稿人對這項研究給予了非常積極的回應。他們認為，這種完全可調(diào)的超導性是一項引人入勝的突破，該項研究充分深入，幾乎覆蓋了過去十多年人們在鋁酸鑭/鉭酸鉀體系中獲得的認識。

　　謝燕武說：“我們在鋁酸鑭/鉭酸鉀體系中的研究可為理解超導機制，尤其是理解高溫超導中的機制提供全新的素材，為人們探索低溫量子現(xiàn)象呈現(xiàn)了一個嶄新的視野，也為超導器件的研發(fā)提供了新的思路。”