二維半金屬—二維超導體之間超流拖拽效應揭示

15日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校曾長淦教授、李林副研究員研究團隊與北京量子資訊科學研究院解宏毅副研究員等合作，通過構築石墨烯與氧化物界面超導體系的複合結構，揭示了二維半金屬和二維超導體之間由於量子漲落誘導的巨幅超流拖拽效應。相關成果日前線上發表于《自然物理》。

對於兩個空間相近但彼此絕緣的導電層構成的電雙層結構，在其中一層（主動層）施加驅動電流，層間載流子之間的耦合會在另一層（被動層）中誘導産生一個開路電壓或閉路電流，即産生層間拖拽效應。基於二維電子氣之間的拖拽效應，可以探索準粒子的層間長程相互作用，發現如激子超流體等新穎層間關聯量子態。由於較強的介電遮罩效應，拖拽電流耦合比遠遠小于1。而將其中一層或兩層替換成超導材料，將有望産生耦合比顯著增強的超流拖拽效應。

研究團隊構築了石墨烯與氧化物異質界面組成的二維半金屬—超導體電雙層結構，並對其層間拖拽行為進行了系統研究。他們發現，在氧化物界面超導轉變區間，石墨烯層中施加驅動電流可以在氧化物界面誘導出巨幅拖拽電流，且強度可以通過柵壓/外磁場等進行有效調控。特別是在界面超導最優摻雜附近，拖拽電流耦合比達到0.3，即所産生的拖拽電流大小與驅動電流相當。與此前傳統普通金屬/超導金屬體系相比，耦合比提高了兩個量級以上。

這一結果揭示了宏觀量子漲落對於層間準粒子相互作用的顯著調製。在應用層面，基於該複合結構將有望製備新型電流或電壓高效轉換器件，包括超導二極體等量子器件，將推動具有豐富量子物相的更廣泛二維電子體系的拖拽效應研究，併發現更多基於層間長程耦合的新穎量子多體效應。