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近期，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高端硅基材料與應(yīng)用課題組與超導(dǎo)材料與超導(dǎo)電子學(xué)應(yīng)用課題組合作在二維無序超導(dǎo)體雙量子相變物理機(jī)制方面取得進(jìn)展。研究人員利用Ge(110)上生長的單晶石墨烯與無序錫島陣列人工地構(gòu)造出二維超導(dǎo)體，并發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)調(diào)控下呈現(xiàn)兩個(gè)超導(dǎo)絕緣體量子相變，在實(shí)驗(yàn)上證明并闡釋了二維無序超導(dǎo)體的磁場(chǎng)調(diào)控雙量子臨界現(xiàn)象產(chǎn)生的物理機(jī)制。相關(guān)研究成果以Double quantum criticality in superconducting tin arrays-graphene hybrid 為題于6月4日發(fā)表在《自然-通訊》上（Nature Communications, 9, 2159 (2018)，DOI: 10.1038/s41467-018-04606-w）。

鍺基石墨烯—錫島陣列構(gòu)建的晶圓級(jí)二維超導(dǎo)材料與器件 

二維超導(dǎo)體的超導(dǎo)絕緣體相變是一種非常典型的量子相變，它描述的是系統(tǒng)發(fā)生在零溫下的量子基態(tài)的轉(zhuǎn)變，并受體系的哈密頓參數(shù)調(diào)控，比如摻雜、外磁場(chǎng)等。它對(duì)于揭示二維超導(dǎo)體以及強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系一些反常的量子現(xiàn)象具有十分重要的物理意義。一直以來，二維超導(dǎo)薄膜在磁場(chǎng)調(diào)控下通常呈現(xiàn)單個(gè)量子相變。

雙量子相變行為的磁阻曲線與標(biāo)度行為分析 

最近，研究人員發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)調(diào)控下的LaTiO3/SrTiO3超導(dǎo)異質(zhì)界面（Nature Materials, 12, 542-548 (2013)）存在雙超導(dǎo)絕緣體量子相變。在理論上，這兩個(gè)量子相變被認(rèn)為是LaTiO3/SrTiO3界面的島狀超導(dǎo)機(jī)制造成的，但是缺乏直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫銀波、胡濤、狄增峰等研究人員利用在本征Ge(110)/單晶石墨烯上生長無序的錫島陣列，構(gòu)建了可視化的二維無序超導(dǎo)系統(tǒng)模擬LaTiO3/SrTiO3的島狀超導(dǎo)機(jī)制。

在磁場(chǎng)調(diào)控下，該體系重現(xiàn)了LaTiO3/SrTiO3超導(dǎo)異質(zhì)界面雙超導(dǎo)絕緣體量子相變現(xiàn)象。通過不同溫度下的磁阻曲線分析，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)量子相變分別對(duì)應(yīng)錫島內(nèi)與錫島間的相位關(guān)聯(lián)，從而證實(shí)了雙超導(dǎo)絕緣體量子相變產(chǎn)生的物理機(jī)理。

該工作得到上海市學(xué)術(shù)/技術(shù)帶頭人計(jì)劃、國家科技重大專項(xiàng)、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委面上基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B項(xiàng)）等相關(guān)研究計(jì)劃的支持。