10月29日，上海交通大學物理與天文學院教授鄭浩、賈金鋒等利用低溫強磁場掃描隧道顯微鏡在Bi2Te3/NbSe2體系中成功產(chǎn)生并探測到由庫珀對動量導致得分段費米面。相關(guān)研究成果發(fā)表于《科學》。
材料費米面附近得態(tài)密度決定了它們是否導電、透光等各種物性。而傳統(tǒng)得物態(tài)調(diào)控都是調(diào)控費米面附近態(tài)密度，實現(xiàn)費米面得人工調(diào)控將會為材料物性得調(diào)控帶來革命性變化。
在這項研究中，研究團隊使用分子束外延技術(shù)在超導體NbSe2表面精確地生長了4層厚得拓撲絕緣體Bi2Te3薄膜。在該體系中，由于Bi2Te3表面態(tài)得費米速度很大，因此，當NbSe2超導體中庫珀對動量還很小時，Bi2Te3表面態(tài)中庫珀對動量已經(jīng)很大。這樣，就可以用一個很小得水平磁場在NbSe2表面上產(chǎn)生一個較小得超導電流，但這時Bi2Te3表面態(tài)中庫珀對動量已經(jīng)足夠產(chǎn)生準粒子，并導致分段費米面得出現(xiàn)，從而巧妙地解決了實驗上得困難。
研究團隊又使用配備了稀釋制冷機和三維矢量強磁場得掃描隧道顯微鏡開展研究。他們發(fā)現(xiàn)，隨著磁場增大，庫伯對動量也在提高，超導能隙內(nèi)準粒子越來越多，這預示著超導體中分段費米面逐漸產(chǎn)生。
接下來，研究團隊利用準粒子干涉（QPI）技術(shù)，在實空間探測到了駐波，通過傅里葉變換證實了在零能上費米面得產(chǎn)生。值得注意得是，該費米面由非超導Bi2Te3費米面得一部分組成，而且其形狀和取向可以由外加磁場得強度和方向決定，完全符合理論預言得超導體分段費米面得特征。
研究人員認為，該研究創(chuàng)新性地利用拓撲絕緣體/超導體異質(zhì)結(jié)得特殊性解決了實驗中得困難，首次在實驗上觀察到了50多年前理論預言得分段費米面，并發(fā)現(xiàn)可以用磁場方向和大小來調(diào)節(jié)該費米面得形狀和大小，還能調(diào)控拓撲性，構(gòu)建新得拓撲超導，開辟了調(diào)控物態(tài)得新方法。
上海交通大學朱朕博士和美國麻省理工學院Papaj博士為感謝得共同第壹，鄭浩、賈金鋒和麻省理工學院教授傅亮為論文共同通訊。（田瑞穎 黃辛）
相關(guān)論文信息：doi.org/10.1126/science.abf1077
華夏科學報
