超導(dǎo)研究重取得大突破：二硫化鉭薄膜更高溫

　　中科院上海硅酸鹽研究所黃富強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)與中科院上海微系統(tǒng)所、北京大學(xué)等合作，通過化學(xué)剝離成單層二硫化鉭納米片并將納米片抽濾自組裝而重新堆疊成二硫化鉭薄膜。重新組裝的二硫化鉭薄膜打破了原母體的晶體結(jié)構(gòu)，形成了豐富的均質(zhì)界面，并獲得了比母體材料更高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和更大的上臨界場(chǎng)。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《美國化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》。

　　自1911年超導(dǎo)被發(fā)現(xiàn)以來，超導(dǎo)的研究成為凝聚態(tài)物理皇冠上一顆最璀璨的明珠。目前超導(dǎo)材料已應(yīng)用在包括超導(dǎo)電線，醫(yī)院使用的超導(dǎo)核磁共振成像儀以及磁懸浮列車等各個(gè)方面。然而，盡管超導(dǎo)材料有很多的優(yōu)勢(shì)，但由于目前超導(dǎo)材料的最高超導(dǎo)溫度在零下100多攝氏度，成本仍然很高，難以大面積地推廣。因此，追求更高溫甚至室溫超導(dǎo)是物理學(xué)家們的夢(mèng)想，也具有極高的實(shí)際價(jià)值。

　　“目前由于缺乏理論的支持，高溫超導(dǎo)的探索步履維艱。”論文第一作者、上海硅酸鹽所的碩士研究生潘杰表示，傳統(tǒng)的以弱的電-聲相互作用為前提的BCS理論難以解釋40K以上超導(dǎo)的機(jī)理，因此需要提出更完備、更深刻的理論來解釋高溫超導(dǎo)現(xiàn)象，并為高溫超導(dǎo)的探索提供指路明燈。界面超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)是近幾年超導(dǎo)領(lǐng)域的一個(gè)新亮點(diǎn)。然而，界面調(diào)控六方相二硫化鉭(2H-TaS2)的電子結(jié)構(gòu)卻未見報(bào)道。

　　為了在二硫化鉭中構(gòu)筑豐富的界面，研究團(tuán)隊(duì)通過采用堿金屬離子插層剝離的方法獲得單層的二硫化鉭納米片，并通過抽濾的方式對(duì)其進(jìn)行組裝，得到重堆疊的二硫化鉭薄膜。薄膜內(nèi)部層與層之間發(fā)生無規(guī)則的扭曲，破壞了原先的晶體結(jié)構(gòu)，形成了均質(zhì)的界面。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，重堆疊二硫化鉭薄膜的電子比熱系數(shù)γ兩倍于塊體的六方相二硫化鉭?；诠腆w比熱的德拜模型理論，更大的電子比熱系數(shù)γ說明了重堆疊二硫化鉭薄膜的費(fèi)米面附近具有更多的電子態(tài)密度。

　　為了更好地闡述重堆疊二硫化鉭薄膜超導(dǎo)增強(qiáng)的機(jī)理，研究團(tuán)隊(duì)采用密度泛函理論對(duì)兩種材料的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)重堆疊后的二硫化鉭薄膜，因?qū)优c層之間存在扭曲，界面處電子的離域化程度增強(qiáng)，由此導(dǎo)致了費(fèi)米面附近的電子態(tài)密度增加，超導(dǎo)特性增強(qiáng)。

　　黃富強(qiáng)研究員表示，這項(xiàng)研究成果豐富了界面超導(dǎo)的研究?jī)?nèi)容，為完善超導(dǎo)理論，探索更高溫的超導(dǎo)體系提供了很好的研究思路。