Professor Wang Jian van de Universiteit van Peking en medewerkers onderzochten de supergeleidende eigenschappen van tweedimensionale kristallijne supergeleidende PdTe ₂ films gegroeid door moleculaire bundelepitaxie. Ze observeerden het experimentele bewijs van een afwijkende metaaltoestand en ontdekten type II Ising-supergeleiding die bestaat in centrosymmetrische systemen. Bovendien, de supergeleiding van PdTe ₂ films blijven meer dan 20 maanden bijna hetzelfde zonder enige beschermlaag. Dit omgevingsstabiele supergeleidende systeem op macroformaat met een sterke spin-baankoppeling vertoont grote mogelijkheden in supergeleidende elektronische en spintronische toepassingen. Het artikel is online gepubliceerd in Nano-letters en geselecteerd voor de Editors' Choice of Wetenschap met de titel "Een ongebruikelijke supergeleider" ( Wetenschap 369, 388 2020).

Normaal wordt aangenomen dat het magnetische veld de vorming van supergeleiding verhindert. Voor de meeste supergeleidende systemen, sterk magnetisch veld kan de supergeleidende Cooper-paren breken en de supergeleiding vernietigen. Onlangs, een nieuw soort tweedimensionaal (2-D) supergeleidend systeem overleeft onder een groot magnetisch veld in het vlak, zogenaamde Ising-supergeleiders. Eerdere werken suggereren dat de Ising-supergeleider het breken van de inversiesymmetrie in het vlak vereist. De verbroken inversiesymmetrie in het vlak geeft aanleiding tot Zeeman-type spin-orbitkoppeling (SOC), die de elektronspins polariseert naar de richting buiten het vlak en leidt tot een enorm kritisch magnetisch veld in het vlak tot meerdere keren van de Pauli-limiet, normaal gesproken overeenkomt met tientallen Tesla. De Pauli-limiet wordt gedefinieerd als het magnetische veld dat nodig is om de Cooper-paren te vernietigen via het spin-paar brekende effect in conventionele supergeleiders. Professor Wang Jian en medewerkers rapporteerden ooit de waarneming van Ising-supergeleiding in monolaag NbSe van macroformaat ₂ films gegroeid door moleculaire bundelepitaxie (MBE) en de interface-geïnduceerde Ising-supergeleiding in ultradunne kristallijne Pb-films voor de eerste keer.

Onlangs, Professor Wang Jian en Professor Lin Xi aan de Universiteit van Peking, in samenwerking met professor Xue Qikun, Professor Wang Lili, Professor Xu Yong, Professor Yao Hong aan de Tsinghua Universiteit, Professor Liu Haiwen van de Beijing Normal University ontdekte een nieuw soort Ising-supergeleiding in 2-D kristallijn PdTe ₂ films gekweekt door MBE. De 6-monolaag (ML) (ongeveer 3 nm) PdTe ₂ film vertoont een groot kritisch veld in het vlak van meer dan 7 keer de Pauli-limiet, wat het kenmerk is van Ising-supergeleiding. Anders dan de eerder gerapporteerde Ising-supergeleiders, de PdTe ₂ film behoudt de in-plan inversiesymmetrie, wat aangeeft dat er een nieuw mechanisme van Ising-supergeleiding bestaat (genaamd type-II Ising-supergeleiding door professor Wang Jian in gesprek met professor Xu Yong).

Bandstructuurberekening en theoretische analyse laten zien dat de 3-voudige rotatiesymmetrie in de PdTe ₂ films maakt het effectieve veld van SOC langs de richting buiten het vlak en leidt tot de spinpolarisatie buiten het vlak. De supergeleidende Cooper-paren gevormd door de elektronen met out-of-plane spinpolarisatie kunnen overleven onder een zeer groot magnetisch veld evenwijdig aan het 2D-systeem, die aanleiding geeft tot de type II Ising-supergeleiding met een groot kritisch veld in het vlak. Theoretische berekeningen geven aan dat voor 2D supergeleidende systemen met in-plan inversiesymmetrie, 4- en 6-voudige rotatiesymmetrie kan ook de oriëntatie van het effectieve SOC-veld langs out-of-plane richting maken. Dus, de type-II Ising-supergeleiding kan worden gegeneraliseerd naar verschillende 2D-systemen met 3, 4- en 6-voudige rotatiesymmetrie. Daarom, de ontdekking van type II Ising-supergeleiding is veelbelovend om een ​​nieuwe onderzoeksrichting in de fysica van de gecondenseerde materie te stimuleren.

interessant, onder loodrecht magnetisch veld, de plaatweerstand van PdTe ₂ films vallen en verzadigen vervolgens tot een temperatuuronafhankelijke constante met afnemende temperatuur via ultralage temperatuurtransportmetingen met hoogwaardige filters. Het is het eerste solide experimentele bewijs van afwijkende metaaltoestanden in hoogwaardige 2-D kristallijne films gekweekt door MBE, wat verder onthult dat naast supergeleidende en isolerende grondtoestanden, afwijkende metaaltoestand is een andere kwantumgrondtoestand voor 2-D bosonische systemen.

Bovendien, de meeste 2D-supergeleidende systemen zijn erg gevoelig voor de atmosfeer en verliezen gemakkelijk supergeleiding. De supergeleiding van PdTe ₂ films blijven meer dan 20 maanden bijna hetzelfde zonder enige beschermingslaag. Dit omgevingsstabiele supergeleidende systeem op macroformaat met sterke SOC vertoont grote mogelijkheden in supergeleidende elektronische en spintronische toepassingen.