在異質(zhì)界面系統(tǒng)中,由于存在著異質(zhì)界面間的相互耦合和界面對稱破缺促使該系統(tǒng)中的電子電荷、自旋和軌道以及晶格自由度之間的激烈相互作用、相互影響,體系將呈現(xiàn)出許多豐富的不同于塊體材料的新穎量子物性,特別是新穎界面超導(dǎo)電性。對它的研究也已經(jīng)成為當(dāng)前前沿凝聚態(tài)物理學(xué)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)研究方向之一,也有望從中獲得新的物理線索為理解非常規(guī)超導(dǎo)電性產(chǎn)生的背后物理機(jī)制,實(shí)現(xiàn)可能存在的更高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的異質(zhì)界面超導(dǎo)體。??
?新型鉭酸鉀異質(zhì)界面超導(dǎo)體是近年來實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度相對較高、自旋-軌道耦合強(qiáng)度也相對較強(qiáng)的界面超導(dǎo)電性。然而其超導(dǎo)配對對稱性的特征卻尚未清楚。這里,超導(dǎo)配對對稱性在理解超導(dǎo)電性中扮演著至關(guān)重要的角色并影響其基本物理性質(zhì)。揭示超導(dǎo)配對對稱性也是在研究新的超導(dǎo)材料時最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一。??
近日,復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系李煒青年研究員和中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心HX-Q02組的沈潔特聘研究員、上??萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李軍研究員和宋艷汝副研究員等的合作,在新型鉭酸鉀異質(zhì)界面超導(dǎo)體中觀測到面內(nèi)空間二度旋轉(zhuǎn)對稱性的混合宇稱型非常規(guī)超導(dǎo)電性,為進(jìn)一步理解異質(zhì)界面超導(dǎo)體中的電子運(yùn)動物理規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。??
具體來講:我們利用脈沖激光沉積技術(shù)在實(shí)驗(yàn)層面上成功地制備出高質(zhì)量YAlO3/KTaO3(111)異質(zhì)界面超導(dǎo)體并通過極低溫電學(xué)輸運(yùn)測試表征手段,發(fā)現(xiàn)該異質(zhì)界面系統(tǒng)具有超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為1.86?K的超導(dǎo)電性。進(jìn)一步通過磁阻表征,我們還在YAlO3/KTaO3(111)異質(zhì)界面超導(dǎo)體的超導(dǎo)相中觀測到磁阻和超導(dǎo)上臨界場均隨著面內(nèi)磁場的空間轉(zhuǎn)動時展現(xiàn)出明顯的面內(nèi)二度旋轉(zhuǎn)對稱性,而在其正常相中該各向異性現(xiàn)象卻消失了,表明此行為為KTaO3異質(zhì)界面超導(dǎo)系統(tǒng)的本征超導(dǎo)屬性。結(jié)合對稱性群論研究,我們揭示出二度旋轉(zhuǎn)對稱性的超導(dǎo)電性來源于具有空間反演對稱性破缺和強(qiáng)自旋-軌道耦合作用的KTaO3異質(zhì)界面超導(dǎo)體的混合宇稱型超導(dǎo)電子配對對稱性,即s+p波型非常規(guī)超導(dǎo)電性。該研究工作不僅點(diǎn)亮了鉭酸鉀異質(zhì)界面超導(dǎo)體中的新穎超導(dǎo)配對對稱性特征,而且還為后續(xù)研究界面超導(dǎo)體中的電子運(yùn)動物理規(guī)律提供新的努力方向和研究思路。??
相關(guān)成果以“Spontaneous?rotational?symmetry?breaking?in?KTaO3?heterointerface?superconductors”為標(biāo)題已在線發(fā)表在《Nature?Communications》上。復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系博士研究生張冠群和王麗杰,上??萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士后王靖琿,中科院物理所博士研究生李國安為論文的共同第一作者。上??萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院宋艷汝副研究員和李軍研究員,中科院物理所沈潔特聘研究員,復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系李煒青年研究員為論文的共同通訊作者。該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金委(2174430和92065203),中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)(XDB33000000),北京市科技新星(Z211100002121144)和綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置(SECUF)的支持。??
Guanqun?Zhang,?Lijie?Wang,?Jinghui?Wang,?Guoan?Li,?Guangyi?Huang,?Guang?Yang,?Huanyi?Xue,?Zhongfeng?Ning,?Yueshen?Wu,?Jin-Peng?Xu,?Yanru?Song,?Zhenghua?An,?Changlin?Zheng,?Jie?Shen,?Jun?Li,?Yan?Chen,?and?Wei?Li,?Spontaneous?rotational?symmetry?breaking?in?KTaO3?heterointerface?superconductors,?Nat.?Commun.?14,?3046?(2023).??
論文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-023-38759-0
??
??
圖1:?YAlO3/KTaO3(111)異質(zhì)界面超導(dǎo)體的截面透射電鏡原子相結(jié)構(gòu)和變溫電學(xué)輸運(yùn)特性。
?
??
圖2:?YAlO3/KTaO3(111)異質(zhì)界面超導(dǎo)體的面內(nèi)空間二度旋轉(zhuǎn)對稱性的超導(dǎo)電性特征。?