【项目名称】

超导体“分段费米面”的实验实现

【项目负责人】

郑浩

【项目完成人】

郑浩，贾金锋，朱朕，傅亮，Michał Papaj

【项目完成单位】

上海交通大学，麻省理工学院

【项目简介】

固体物理告诉我们：费米面决定了材料是否导电、是否透光等多种物理性质。传统的物态调控都是调控费米面附近态密度，如果能够实现对费米面的直接调控，就会给材料物性的调控带来革命性的变化。

超导体具有零电阻和完全抗磁性等奇特性质，经过百余年的研究产生大量重要成果。本领域科学家曾经5次获得诺贝尔奖。但是超导研究中仍然有少量“硬骨头”难题尚未解决。例如，过去的大量研究显示，常规超导体没有费米面。早在1965年，Fulde从理论上预言超导体中如果库珀对的动量足够大就可以在超导能隙中产生准粒子，从而导致出一种特殊的“分段费米面”。但由于普通超导体库珀对动量足够大时，产生准粒子的同时，库珀对也会破裂而失去超导，因此这个预言虽然过去了50多年，一直没有被实验证实。

针对该瓶颈点，本团队将拓扑物质研究的经验积累跨领域地应用到超导研究中来，借助拓扑表面态费米速度极高的特性，提出了超导/拓扑复合结构的解决方案。设计并优化了Bi2Te3/NbSe2异质结，还发展了外场调控库伯对动量的新方法，实现了借助磁场产生迈森纳效应驱动库伯对产生动量的新手段。最终解决了传统超导物理中的难题，首次证实了库伯对动量导致“分段费米面”的存在，还能调控拓扑性并构建新的拓扑超导，并开辟了调控物态的新方法。本成果发表在Science杂志，并被以first release的形式重点推荐。