三維狄拉克半金屬中的超導(dǎo)特性

王晉嵐

[本刊訊]北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心王健與該中心危健、劉雄軍、賈爽、謝心澄、劉海文等人合作，在三維狄拉克半金屬Cd₃As₂單晶的表面鎢針尖硬點接觸實驗中發(fā)現(xiàn)：接觸區(qū)域變成超導(dǎo)體，并且其超導(dǎo)特性是非常規(guī)的。該工作相關(guān)文章于2015年11月2日在線發(fā)表于Nature Materias。

三維狄拉克半金屬是一種拓?fù)浞瞧接共牧希淠軒У膶?dǎo)帶和價帶在狄拉克點接觸，是目前凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的重要研究方向。作為一種量子材料和物相，三維狄拉克半金屬處于各種拓?fù)洳牧系南嗯R界點：通過改變或調(diào)制三維狄拉克半金屬的參數(shù)，可以使其轉(zhuǎn)變?yōu)橥負(fù)浣^緣體、外爾半金屬以及拓?fù)涑瑢?dǎo)體等其他拓?fù)湮镔|(zhì)態(tài)。目前，拓?fù)涑瑢?dǎo)方面的實驗研究仍存在不少爭議和困難，拓?fù)涑瑢?dǎo)體還沒有被實驗完全證實。

在Cd₃As₂單晶電輸運性質(zhì)研究的前期工作基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊在Cd₃As₂單晶表面進(jìn)行了鎢針尖硬點接觸實驗。實驗結(jié)果顯示接觸區(qū)域變成了超導(dǎo)體，同時點接觸譜表明其超導(dǎo)特性是非常規(guī)的；更關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)是，超導(dǎo)譜中出現(xiàn)了可能由馬約拉納費米子（Majorana Fermion）引起的零壓電導(dǎo)峰。該工作的理論分析進(jìn)一步揭示了接觸區(qū)域是拓?fù)涑瑢?dǎo)的可能性。

這一發(fā)現(xiàn)的意義還體現(xiàn)在，不同于通過超導(dǎo)近鄰效應(yīng)探測拓?fù)涑瑢?dǎo)的通常方法，該實驗利用針尖在三維狄拉克半金屬表面微米量級接觸區(qū)域產(chǎn)生的壓力、摻雜效應(yīng)等使三維狄拉克半金屬在接觸區(qū)域被調(diào)制成拓?fù)涑瑢?dǎo)體，這為最終實驗證實拓?fù)涑瑢?dǎo)體開辟了新的途徑。