北京高科中心陳斌研究員團隊：在二維材料中發現卸壓致超導增強的現象

【成果簡介】

實現高溫、室溫超導是超導學術界和工業界夢寐以求的聖杯。藉助高壓技術，創紀錄的超導轉變溫度165 K和203 K先後在銅氧化物和硫化氫上得以實現。但遺憾的是，壓力誘導的超導現象隨著壓力的卸載一起消失或回到了初始的狀態。北京高壓科學研究中心的陳斌研究員帶領的團隊首次在二維材料硒化銦發現了卸壓致超導增強的現象。該結果以題為「Decompression-Driven Superconductivity Enhancement in In2Se3」於7月10日發表在著名國際材料學術期刊Advanced Materials上。

【圖文導讀】

圖1 示意圖及性能表徵

高壓輸運性質測量組裝示意圖及其不同壓力超導轉變溫度的變化

圖2 單晶In2Se3在高壓下的電阻率

（a）在室溫下測量的In2Se3的電阻率-壓力曲線。閉合和打開的符號分別表示壓縮和解壓縮運行中的數據。

（b）表現出半導體金屬轉變的代表性壓力下的電阻率-溫度曲線。右圖所示的數字是GPa單位的壓力。

【研究內容】

如何保留高壓誘導的超導現象到室壓條件下是一個長期存在的難題。只有把壓力誘導的超導，高溫超導現象保留到室壓條件才能實現其實際意義上的應用。

對於此類課題的研究，北京高壓科學研究中心的陳斌研究員帶領的國際合作小組選擇二維材料硒化銦為研究對象。「首先，層狀材料的電子結構可以通過施加壓力進行調控，並且壓力調控獲得的特性通常可以維持到較低的壓力條件，這有利於將高壓誘導的超導現象保存至低壓甚至室壓條件下」，陳斌研究員解釋。

「另外，硒化銦對外界環境非常敏感，可通過改變外界環境實現其不同電子態間的轉換，這有利於我們通過壓力調控獲得需要的超導電子態。再者，在硒化銦中，壓力誘導的二維到三維的結構相變與其他二維材料不同，暗示著其電子結構在壓力下的演化行為也與其他的層狀過渡金屬硫化物不相同，因而出現與過渡金屬硫化物完全不同的超導現象」，本研究的主要完成者柯峰博士補充到。

在二維材料硒化銦中，該研究團隊驚奇地發現了壓力誘導的超導行為在降壓過程中反而增強的現象，超導溫度比升壓過程中的高了近一倍，並且維持到了很低的壓力。

該研究的重要意義在於，這是首次在卸壓過程中發現超導增強的現象，在通常的壓力誘導的超導現象中，超導轉變溫度會伴隨壓力的卸除而逐漸消失。「這一工作表明合適地選擇材料，高壓誘導的高溫超導現象可以保持至低壓甚至室壓條件下，使高壓超導的應用成為可能」，陳斌研究員說到。

「雖然還有很多深入的研究等著我們去發掘，這個研究至少是我們邁向室溫超導的一個開始。我們相信在二維材料中有更多的驚喜等待著我們」，陳斌研究員補充到。

文獻鏈接：Decompression-Driven Superconductivity Enhancement in In2Se3 (ADV MATER., 2017, DOI：10.1002/adma.201701983)（見下方「閱讀原文」）

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