上海交通大學日前舉行的新聞發(fā)布會傳來消息——上海交大賈金鋒、鄭浩團隊“實驗證實超導態(tài)‘分段費米面’”科研成果入選2022年度“中國科學十大進展”，是上海交通大學時隔十一年再次入選“中國科學十大進展”。
眾所周知，我們的手機、電腦用的時間長了會變熱，這是因為普通導體有電阻，所以在導電的同時會發(fā)熱。超導體的神奇之處在于它沒有電阻，導電的時候不發(fā)熱。
超導現(xiàn)象自從1911年被發(fā)現(xiàn)，到現(xiàn)在經(jīng)過好幾代物理學家前赴后繼的研究，產(chǎn)生了大量的重要學術成果，光諾貝爾獎就得過5次之多。但是，經(jīng)過百余年的研究，超導物理中仍然有些尚未解決的課題，都是難啃的硬骨頭。
大量研究表明，超導體雖然導電（而且是零電阻導電），但是卻沒有費米面。1965年德國物理學家Peter Fulde理論預言，讓超導體中庫珀對動起來，如果速度足夠快，就有可能在原本沒有費米面的超導體中產(chǎn)生出一種特殊的“分段費米面”。
然而，對多數(shù)單一超導材料而言，庫珀對速度太大會直接破壞超導態(tài)。實現(xiàn)“分段費米面”在實驗上十分困難，雖然一直有人嘗試，但未能取得突破。
上海交通大學賈金鋒、鄭浩團隊與麻省理工學院傅亮團隊合作，設計制備了拓撲絕緣體/超導體（Bi2Te3/NbSe2）異質(zhì)結體系，借助超導近鄰效應在Bi2Te3中誘導出超導，得益于Bi2Te3拓撲表面態(tài)的費米速度極高的獨特優(yōu)勢，只需要很小的庫珀對速度，就實現(xiàn)并觀察到了預言中的“分段費米面”。
研究表明，擁有“分段費米面”的超導體，可以實現(xiàn)正向零電阻導電、反向非零電阻導電的獨特現(xiàn)象，可以用來構建超導計算機，實現(xiàn)無能耗的高效計算。另外，還可以為例如有限動量超導、庫珀對密度波等很多具有重要物理學理論研究價值的課題提供關鍵的研究載體。
中國科學院院士、上海交通大學物理與天文學院教授、李政道研究所拓撲量子計算實驗平臺負責人賈金鋒表示，該項成果是上海交大物理與天文學院團隊多年工作的積累和延續(xù)，2012年團隊制備出了拓撲絕緣體/超導體異質(zhì)結體系，證明了該體系為拓撲超導，并在其中觀察到了人們長期追求的馬約拉納零能模。這次的成果是在該體系中發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象，是對該體系持續(xù)不斷研究的最佳回報。
上海交大物理與天文學院教授、李政道研究所平臺建設學者鄭浩說，強調(diào)將拓撲絕緣體表面態(tài)費米速度大的優(yōu)勢，跨領域地應用到超導研究中來，是解決問題的關鍵。未來將會以具有“分段費米面”的超導體為平臺，探索構筑新型拓撲超導態(tài)和實現(xiàn)超導二極管效應等重要物理效應的可能性。
記者：劉曉晶
編輯：寧平英
校對：陳海笑
審校：韋麗
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