快乐风男 勾引 石墨烯之父，诺贝尔物理学奖得主《Nature》！

发布日期：2024-12-18 05:45    点击次数：180

连年来快乐风男 勾引，在超导性和量子霍尔效应相归并的情境下，出现了一些新的物理风物，比如触及磁通隧穿的风物以及通过量子相滑动来罢了安培圭臬的远景。可是，罢了这些风物并进攻易，因为传统约瑟夫森结中的超导电流每每会受到垂直磁场的扼制，这是由于库珀对在不同轨谈上传播时产生的弗劳恩霍夫类型的干预效应。因此，科学家们濒临着如安在量子霍尔效应的条目下罢了康健的超导电流的挑战。

为了处理这一问题，英国曼彻斯特大学Andre Geim（2010年诺贝尔物理学奖得主）课题组领衔的外洋连络团队联袂诳骗了双层中的畴壁，这些畴壁被发现不错动作严格的一维导线，在石墨烯的块体区域十足绝缘时伙同超导电极。这一宗旨的冷漠引发了连络者们的酷爱，并促使他们采用了一系列的试验和表面责任。

具体而言，连络者们使用了最小误会石墨烯双层（MTGBs）动作连络对象，并通过试验制备了一系列的约瑟夫森结。这些约瑟夫森结的制备流程包括了将单层石墨烯切割成两块，然后通过平行传输和微小的旋转将它们重叠在通盘。这种拼装导致了石墨烯晶格的重构，变成了具有AB和BA堆叠区域的双层石墨烯。而这些区域之间的范畴被发现不错动作严格的一维导线，伙同了超导电极。通过对这些结的特质进行详备的试验连络，连络东谈主员发现了一些真义的风物，并得出了一些伏击的论断。关系后果在Nature顶刊发题为“One-dimensional proximity superconductivity in the quantum Hall regime”的连络论文。其中论文其他通作家讯为曼彻斯特大学Julien Barrier博士，浙江大学化学系辛娜连络员。

论文连结：

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07271-w

图1的连络展示了包含MTGB（最小误会双层石墨烯）中畴壁的约瑟夫森结。在图中，a部分展示了器件暗示图快乐风男 勾引，插图展示了AB和BA堆叠的区域，通过施加门电压来颐养载流子密度。顶部插图涌现了器件的假彩色电子显微图，其中MTGB涌现为绿色，NbTi超导电极涌现为黄色。b部分展示了具有单个畴壁的约瑟夫森结在小磁场下Idc的微分电阻，涌现出与弗劳恩霍夫图案的显着偏离。c部分展示了接头结构在量子霍尔区域的dV/dI弧线示例。d部分所以10mT步长测量的全图，红色弧线泄漏Ic的峰值位置，白色弧线象征了零电阻景色范畴。这些数据对应于具有特定尺寸和参数的旯旮型结构。连络东谈主员通过这些试验发现，在MTGB中的畴壁不错动作弱连结，在量子霍尔效应区域内复旧超导性，而且其临界电流绝顶康健，不错在不同磁场下责任。这一发现为构建在量子霍尔效应基础上的超导量子器件提供了新的念念路和可能性。

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图1. 在最小转角双层石墨烯MTGB中，包含畴壁的约瑟夫森结。

在本连络中，为了探索量子霍尔效应下的相近超导性，作家制备了不同数目畴壁的约瑟夫森结。图2涌现了不同畴壁数目下的差分电阻图谱。在(a)中，关于莫得畴壁的结构，未不雅察到显着的超电流迹象。可是，当引入单个畴壁时，在(b)中，可见在量子霍尔区域内出现了显着的超电流。进一步增多畴壁数目至两个，(c)中的图谱涌现了更大的超电流，且具有周期性的飞舞特征。临了，在(d)中，具有多个畴壁的结构展现了复杂的超电流面貌，其飞舞更为不法例。这些截至标明，跟着畴壁数目的增多，超导性的发达变得愈加丰富和复杂，凸显了畴壁在量子霍尔效应中的伏击作用。

图2. 不同数目畴壁，量子霍尔机制中的超电流。

临了，作家研究了载流子密度n对一维近距离超导性的影响。在低磁场下，作家通盘约瑟夫森结的n依赖性齐同样，岂论是否存在畴壁（图3a）。与之前使用单层石墨烯制造的约瑟夫森结的比较，作家诞生的唯独显耀各异是在作家的诞生中真的莫得法布里-珀罗飞舞。这种飞舞需要日常金属-超导体界面的有限透明度才智产生驻波，先前在掺杂空穴时因界面p-n结提供了相宜条目而不雅察到这种飞舞。作家的双层约瑟夫森结的二维-三维界面绝顶透明，即使在掺杂空穴的情况下，也只会在零磁场隔邻产生轻细的法布里-珀罗飞舞（图3a）。在量子霍尔区域，日常金属-超导体界面的性质变成了一维-三维，掺杂空穴时无法检测到超电流，因为界面pn结的电阻很高（图3b）。另一方面，当掺杂电子时，Ic(n)中出现了显着的飞舞，因为一维-三维界面更透明。

这些飞舞归因于法布里-珀罗共振，每当一维费米波长的一半的整数倍与畴壁长度L相匹配时发生（图3b）。不雅察到的法布里-珀罗飞舞的一个令东谈主诧异的特征是，它们的周期跟着n的减小变化很小，即使在接近中性点时亦然如斯（图3b、c）。这种行径在门径中有详备形貌，似乎很难与电子波长每每在零载流子密度处发散的情况相相助。尽管如斯，不雅察到的周期性与作家特定的一维通谈预期的周期性绝顶吻合，其中畴壁内的电子即使在电荷中性双层中也保握有限密度。

图3. 单畴壁提供的超电流中的Fabry–Pérot飞舞。

本连络展示了在量子霍尔效应区域内的AB/BA领畴壁大约复旧Andreev经管态，况兼在这些区域内产生高临界电流，而且真的不受外加磁场的影响。这一发刻下表面和试验方面齐具有伏击的科学启迪。

当先，它为探索新式拓扑保护的准粒子提供了一个伏击平台，这关于量子打算等范围具有潜在的伏击真义。其次，这项连络为制备高性能的量子霍尔效应关系器件提供了新念念路，举例超导量子干预器件。此外，通过连络一维超导性在不同载流子密度下的行径，不错更长远地连结超导性在低维系统中的特质。此外，本连络还冷漠了当年连络的真义主义，举例通过大开双层石墨烯中的能隙来罢了拓扑保护的手性超电流，以及探索超电流与分数和偶分母量子霍尔态的相互作用。

本文来自“发光材料与器件”。