(a) Gitterstrukturen för PdTe 2 , vilket indikerar att det är ett centrosymmetriskt system. (b) Det magnetiska fältberoende arkmotståndet i planet vid olika temperaturer för 6-ML PdTe 2 filma. (c) Temperaturberoendet för kritiska fält i planet (de svarta sfärerna) för 6-ML PdTe 2 filma, vilket överensstämmer med den teoretiska formeln för Isings supraledning (de solida svarta linjerna). Infälld:schemat för typ II Ising-parning. (d) lgRS-1/T-kurvorna för 4-ML PdTe2-film vid olika magnetfält. Motståndet sjunker och mättas sedan med sjunkande temperatur, vilket är kännetecknet för anomala metalliska tillstånd. Högkvalitativa filter används i mätningarna för att väl utesluta påverkan av högfrekvent brus. Kredit:Denna siffra är anpassad från:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01356
Professor Wang Jian vid Peking University och medarbetare undersökte de supraledande egenskaperna hos tvådimensionell kristallin supraledande PdTe 2 filmer odlade genom molekylär strålepitaxi. De observerade experimentella bevis för anomalt metalliskt tillstånd och detekterade typ II Ising-superledning som existerade i centrosymmetriska system. Dessutom, superledningen hos PdTe 2 filmer förblir nästan desamma i mer än 20 månader utan skyddslager. Detta makrostorlek omgivande stabila supraledande system med stark spinn-omloppskoppling visar stora potentialer i supraledande elektroniska och spintroniska applikationer. Tidningen publicerades online i Nanobokstäver och valt för redaktörernas val av Vetenskap med titeln "En ovanlig supraledare" ( Vetenskap 369, 388 2020).
Magnetfältet tros normalt hindra bildandet av supraledning. För de flesta supraledande system, starkt magnetfält kan bryta de supraledande Cooper-paren och förstöra supraledningsförmågan. Nyligen, en ny typ av tvådimensionellt (2-D) supraledande system överlever under ett stort magnetfält i planet, kallas Ising supraledare. Tidigare arbeten tyder på att Ising-supraledaren kräver inversionssymmetribrytning i planet. Den brutna inversionssymmetrin i planet ger upphov till spin-omloppskoppling av Zeeman-typ (SOC), som polariserar elektronspinn till riktning utanför planet och leder till ett enormt kritiskt magnetfält i planet upp till flera gånger av Pauli-gränsen, normalt motsvarar dussintals Tesla. Pauli-gränsen definieras som det magnetiska fält som krävs för att förstöra Cooper-paren via spin-parbrytningseffekten i konventionella supraledare. Professor Wang Jian och medarbetare någonsin rapporterat observationen av Isings supraledningsförmåga i makrostorlek med enkelskikt NbSe 2 filmer odlade med molekylär strålepitaxi (MBE) och gränssnittet inducerade Ising-supraledning i ultratunna kristallina Pb-filmer för första gången.
Nyligen, Professor Wang Jian och professor Lin Xi vid Peking University, i samarbete med professor Xue Qikun, Professor Wang Lili, Professor Xu Yong, Professor Yao Hong vid Tsinghua University, Professor Liu Haiwen vid Beijing Normal University upptäckte en ny typ av Ising-supraledning i 2-D kristallin PdTe 2 filmer odlade av MBE. 6-monolager (ML) (cirka 3 nm) PdTe 2 filmen uppvisar ett stort in-plan kritiskt fält mer än sju gånger Pauli-gränsen, vilket är kännetecknet för Ising supraledning. Till skillnad från de tidigare rapporterade Ising supraledare, PdTe 2 filmen behåller inversionssymmetrin i planet, vilket indikerar att det finns en ny mekanism för Ising-supraledning (benämnd typ II Ising-supraledning av professor Wang Jian i diskussion med professor Xu Yong).
Bandstrukturberäkning och teoretisk analys visar att den 3-faldiga rotationssymmetrin i PdTe 2 filmer gör det effektiva fältet för SOC längs ut-av-planet-riktningen och leder till ut-av-planet-spin-polarisering. De supraledande Cooper-paren som bildas av elektronerna med spinnpolarisation utanför planet kan överleva under mycket stora magnetfält parallellt med 2-D-systemet, vilket ger upphov till typ II Ising supraledning med stort kritiskt fält i planet. Teoretiska beräkningar indikerar att för 2-D supraledande system med inversionssymmetri i planet, 4- och 6-faldig rotationssymmetri kan också göra orienteringen av det effektiva SOC-fältet längs riktning utanför planet. Således, superledningsledningen typ II Ising kan generaliseras till olika 2-D-system med 3, 4 och 6-faldig rotationssymmetri. Därför, upptäckten av typ-II Ising supraledning är lovande att stimulera en ny forskningsinriktning inom kondenserad fysik.
Intressant, under vinkelrätt magnetfält, arkresistansen för PdTe 2 filmer sjunker och mättas sedan till en temperaturoberoende konstant med sjunkande temperatur via ultralåga temperaturtransportmätningar med högkvalitativa filter. Det är det första solida experimentella beviset på anomala metalliska tillstånd i högkvalitativa 2-D kristallina filmer odlade av MBE, vilket ytterligare avslöjar att förutom supraledande och isolerande marktillstånd, anomalt metalliskt tillstånd är ett annat kvantgrundtillstånd för 2D-bosoniska system.
Dessutom, de flesta 2-D supraledande system är mycket känsliga för atmosfären och lätt att tappa supraledning. Supraledningsförmågan hos PdTe 2 filmer förblir nästan desamma i mer än 20 månader utan skyddslager. Detta omgivande stabila supraledande system i makrostorlek med stark SOC visar stora potentialer i supraledande elektroniska och spintroniska applikationer.
