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科技日報記者 吳長鋒
記者21日從中科院合肥物質科學研究院獲悉，由復旦大學物理學系修發賢課題組與合作者利用該院穩態強磁場科學實驗裝置（SHMFF）水冷磁體WM5，在薄層二維層狀單晶超導體2M-WS2中揭示了自旋-軌道-宇稱耦合的超導新機制。相關研究成果日前在線發表于期刊《自然物理》，并同期發表《新聞與觀點》評論。
近年來，二維層狀單晶超導體成為國際上備受關注的研究重點。二維層狀單晶超導體中一個很重要的研究方向就是研究其超導在面內強臨界場下的行為，尋找其中可以對抗較大外界磁場的超導體。這一類研究無論對于基礎物理學研究，還是對超導的應用研究都具有重要意義。
自旋-軌道-宇稱耦合的超導最早由香港科技大學羅錦團教授理論預言提出，指的是具有拓撲能帶翻轉的二維中心對稱超導體中，在具有相反奇偶性宇稱的拓撲能帶翻轉區域附近，會打開一個拓撲能隙。在這種情況下，僅包含自旋和動量的傳統自旋軌道耦合項由于體系具有空間反演對稱性而被禁止，但是空間反演對稱性卻允許體系的自旋、動量和電子態的宇稱在拓撲能帶翻轉區域附近耦合在一起，稱為自旋-軌道-宇稱耦合。這種自旋-軌道-宇稱耦合會使得體系在拓撲能帶翻轉區域附近產生新奇的超導態，稱為自旋-軌道-宇稱耦合超導，該超導具有巨大的并且各向異性的面內上臨界磁場。
為了尋找自旋-軌道-宇稱耦合超導，科研人員用機械剝離的方法制備了2M-WS2薄層電輸運器件，通過測量發現，4納米左右厚度的2M-WS2擁有約7.6K的超導臨界溫度。磁輸運證明薄層2M-WS2中的超導具有二維超導的屬性。平均場理論計算也表明，薄層2M-WS2中的超導機制即為自旋-軌道-宇稱耦合超導。
該研究對于深入理解具有拓撲能帶翻轉特性的二維中心對稱超導體中的奇異超導行為具有重要意義。同時，新型層狀單晶超導體2M-WS2在研究中所展現出的獨特的物理屬性，也表明其在探究高階拓撲超導和新器件方面具有較好的研究價值。?
（中科院合肥研究院供圖）
