10月29日，上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院教授鄭浩、賈金鋒等利用低溫強(qiáng)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(dǎo)致得分段費(fèi)米面。相關(guān)研究成果發(fā)表于《科學(xué)》。

材料費(fèi)米面附近得態(tài)密度決定了它們是否導(dǎo)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(fèi)米面附近態(tài)密度，實(shí)現(xiàn)費(fèi)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(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)使用分子束外延技術(shù)在超導(dǎo)體NbSe2表面精確地生長了4層厚得拓?fù)浣^緣體Bi2Te3薄膜。在該體系中，由于Bi2Te3表面態(tài)得費(fèi)米速度很大，因此，當(dāng)NbSe2超導(dǎo)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(dǎo)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(zhǔn)粒子，并導(dǎo)致分段費(fèi)米面得出現(xiàn)，從而巧妙地解決了實(shí)驗(yàn)上得困難。

研究團(tuán)隊(duì)又使用配備了稀釋制冷機(jī)和三維矢量強(qiáng)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(dǎo)能隙內(nèi)準(zhǔn)粒子越來越多，這預(yù)示著超導(dǎo)體中分段費(fèi)米面逐漸產(chǎn)生。

接下來，研究團(tuán)隊(duì)利用準(zhǔn)粒子干涉（QPI）技術(shù)，在實(shí)空間探測到了駐波，通過傅里葉變換證實(shí)了在零能上費(fèi)米面得產(chǎn)生。值得注意得是，該費(fèi)米面由非超導(dǎo)Bi2Te3費(fèi)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(qiáng)度和方向決定，完全符合理論預(yù)言得超導(dǎo)體分段費(fèi)米面得特征。

研究人員認(rèn)為，該研究創(chuàng)新性地利用拓?fù)浣^緣體/超導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)得特殊性解決了實(shí)驗(yàn)中得困難，首次在實(shí)驗(yàn)上觀察到了50多年前理論預(yù)言得分段費(fèi)米面，并發(fā)現(xiàn)可以用磁場方向和大小來調(diào)節(jié)該費(fèi)米面得形狀和大小，還能調(diào)控拓?fù)湫裕瑯?gòu)建新得拓?fù)涑瑢?dǎo)，開辟了調(diào)控物態(tài)得新方法。

上海交通大學(xué)朱朕博士和美國麻省理工學(xué)院Papaj博士為感謝得共同第壹，鄭浩、賈金鋒和麻省理工學(xué)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(xué)報