浙江大學(xué)物理學(xué)系研究員謝燕武、中國科學(xué)院物理研究所研究員孫繼榮和周毅等研究發(fā)現(xiàn)，可用電壓連續(xù)調(diào)控鋁酸鑭(LaAlO3)/鉭酸鉀(KTaO3)界面的導(dǎo)電性質(zhì)——隨著門電壓的變化，呈現(xiàn)了從超導(dǎo)到絕緣體的連續(xù)轉(zhuǎn)變。同時，研究團隊還在這一界面觀測到可被連續(xù)調(diào)控的量子金屬態(tài)等許多新奇物理現(xiàn)象。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《科學(xué)》。
LaAlO3和KTaO3是兩種絕緣體，但當(dāng)它們組合在一起時，界面就能導(dǎo)電甚至出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。這種剛剛“問世”的界面超導(dǎo)引發(fā)了科學(xué)家強烈的興趣。
調(diào)控是實驗科學(xué)研究最重要的手段和內(nèi)容。在這項研究中，研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種全新的調(diào)控機制，實現(xiàn)了LaAlO3/KTaO3導(dǎo)電性能的連續(xù)可調(diào)，器件隨電壓變化呈現(xiàn)了從超導(dǎo)到絕緣體的連續(xù)轉(zhuǎn)變。
謝燕武介紹，導(dǎo)電電子在低溫下兩兩配對，就會形成超導(dǎo)，目前已知的超導(dǎo)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(yuǎn)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。
“就像開車時遇到障礙物。”謝燕武說。這種“無序”越貼近界面則分布越密集，越遠(yuǎn)離界面則越稀疏。基于這一認(rèn)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(dǎo)庫珀對的運動行為。”
“從表面看，我們與傳統(tǒng)的方法用的都是門電壓調(diào)控，但背后的調(diào)控機制是全新的。”孫繼榮說，無論是半導(dǎo)體晶體管還是LaAlO3/SrTiO3，傳統(tǒng)方法都是通過改變電子濃度從而實現(xiàn)對導(dǎo)電性能的調(diào)控，這里需要有個前提：電子濃度低。新的調(diào)控仍然以類似于晶體管的方式工作，但本質(zhì)上打破了對于電子濃度的限制。
這一發(fā)現(xiàn)為人們探索低溫量子現(xiàn)象呈現(xiàn)了一個嶄新視野，也為超導(dǎo)器件的研發(fā)提供了新思路。
標(biāo)簽： 電場控制界面
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