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科技日報記者 吳長鋒
15日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校曾長淦教授、李林副研究員研究團隊與北京量子信息科學研究院解宏毅副研究員等合作，通過構筑石墨烯與氧化物界面超導體系的復合結構，揭示了二維半金屬和二維超導體之間由于量子漲落誘導的巨幅超流拖拽效應。相關研究成果日前在線發(fā)表在《自然物理》上。
對于兩個空間相近但彼此絕緣的導電層構成的電雙層結構，在其中一層（主動層）施加驅(qū)動電流，層間載流子之間的耦合會在另一層（被動層）中誘導產(chǎn)生一個開路電壓或閉路電流，即產(chǎn)生層間拖拽效應。基于二維電子氣之間的拖拽效應，可以探索準粒子的層間長程相互作用，發(fā)現(xiàn)如激子超流體等新穎層間關聯(lián)量子態(tài)。由于較強的介電屏蔽效應，拖拽電流耦合比遠遠小于1。而將其中一層或兩層替換成超導材料，將有望產(chǎn)生耦合比顯著增強的超流拖拽效應。
研究團隊構筑了石墨烯與氧化物異質(zhì)界面組成的二維半金屬-超導體電雙層結構，并對其層間拖拽行為進行了系統(tǒng)研究。研究團隊發(fā)現(xiàn)在氧化物界面超導轉變區(qū)間，石墨烯層中施加驅(qū)動電流可以在氧化物界面誘導出巨幅拖拽電流，且強度可以通過柵壓/外磁場等進行有效調(diào)控。特別是在界面超導最優(yōu)摻雜附近，拖拽電流耦合比達到0.3，即所產(chǎn)生的拖拽電流大小與驅(qū)動電流相當。與此前傳統(tǒng)普通金屬/超導金屬體系相比，耦合比提高了兩個量級以上。
這一結果揭示了宏觀量子漲落對于層間準粒子相互作用的顯著調(diào)制。在應用層面，基于該復合結構將有望制備新型電流或電壓高效轉換器件，包括超導二極管等量子器件，將推動具有豐富量子物相的更廣泛二維電子體系的拖拽效應研究，并發(fā)現(xiàn)更多基于層間長程耦合的新穎量子多體效應。
（中國科大供圖）
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