中国科大研究团队发现LaAlO3/KTaO3界面p波超导性的重要证据

近期，中国科学技术大学曾长淦教授团队与西湖大学李牮教授团队合作，在LaAlO₃/KTaO₃界面超导性研究中取得重要进展。研究团队通过构建Ti/LaAlO₃/KTaO₃平面结，系统研究了其隧穿谱特性，提出一种识别超导配对态的普适性方法，并揭示了LaAlO₃/KTaO₃界面p波超导性的关键证据。相关研究成果以题为“Contact-induced Andreev bound states in normal-metal/superconductor planar junctions”的论文，发表在《国家科学评论》上。0C7知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

非常规超导是凝聚态物理研究的前沿领域，其独特的物理现象源于强电子关联、自旋轨道耦合和能带拓扑性等多种因素的相互作用。其中，二维p波超导因其与物质的拓扑态和非阿贝尔准粒子激发密切相关，近年来受到极大关注。隧穿谱作为识别超导配对机制的有效工具，通过表征安德烈夫束缚态，为d波或p波超导体的研究提供了丰富的候选材料。然而，目前关于非常规超导体平面结（面外隧穿）中安德烈夫束缚态的研究较少。0C7知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

在此次研究中，团队构建了由金属钛（Ti）与LaAlO₃/KTaO₃超导界面组成的平面结，并对其隧穿谱进行了系统性研究。通过精确调控LaAlO₃层厚度以调节隧穿势垒强度，实验发现：在势垒较弱时，隧穿谱在超导能隙内出现明显的双峰结构；而当势垒较强时，这一双峰特征消失，退化为一个软化的完全超导能隙。进一步的理论计算表明，在弱势垒条件下，金属与超导体之间处于强耦合状态，接触部分会引发动量空间的电子散射，使得不同动量间的配对通道发生混合。在s波超导体中，不同通道的配对序参量是相同的，这种混合对隧穿特性并没有显著影响；而在p波和d波等非常规超导体中，混合会抑制局域配对，诱导能隙内的准粒子激发并形成安德烈夫束缚态。其中，p波超导体表现为能隙内双峰结构，d波则呈现单峰信号。此次实验与理论相结合的研究结果，不仅为识别超导配对态提供了一种通用方法，也揭示了LaAlO₃/KTaO₃界面可能具备p波超导性。0C7知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

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图: Ti/LaAlO₃/KTaO₃平面结的隧穿谱。(a) Ti/LaAlO₃/KTaO₃器件示意图，LaAlO₃层作为隧穿势垒。(b)T= 0.5 K时，弱隧穿势垒器件在不同栅压下的隧穿谱。(c)T= 0.5 K时，强隧穿势垒器件的隧穿谱（黑色圆圈）；蓝色实线为基于完全能隙超导体的Dynes模型拟合结果。(d-f)分别展示了金属/超导体平面结在强耦合状态下，s波、p波和d_xy波超导体的归一化理论隧穿谱。0C7知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

中国科学技术大学物理学院博士生王碑林和郭林海博士为该研究的共同第一作者，曾长淦、李牮为论文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委、科技部、中国科学院及安徽省的资助。0C7知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

论文链接：0C7知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf1050C7知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

（合肥微尺度物质科学国家研究中心、物理学院、中国科学院量子信息与量子科技创新研究院、科研部）0C7知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯