銅基高溫超導是一個強關聯高糾纏系統。30多年來，我們發現了這一系統很多非常不尋常的性質。特別是低載流子濃度時出現的贗能隙，可能暗示了一個全新的超出物理學家想象的金屬態。確定理解這一全新的金屬態可能是解決高溫超導問題的關鍵。可是通常的體材高溫超導體，在低載流子濃度時，雜質的影響好像比較大。這阻止了我們對贗能隙金屬態進行系統和精密的研究，使得我們難以在這關鍵問題上，取得進一步的實質性進展。單層高溫超導體的製備，給我們打開了一個調控高溫超導的新途徑。特別是如果我們能夠在沒有雜質的情況下，連續調製載流子濃度（見文章後第1條相關閱讀），這將幫助我們理解贗能隙金屬態，幫助我們最終解決銅基高溫超導問題。

——文小剛

撰文 | 小奈米

通訊單位：復旦大學、中國科學技術大學

基於銅的氧化物材料的高溫超導體構成了複雜多樣的材料家族，但它們都共享分層的晶格結構。這個奇怪的事實引起了科學家的好奇心了：在隔離的單層氧化銅中，是否可以存在高溫超導性？如果存在，那麼二維超導性和各種相關現象是否與它們的三維對應性不同。這個答案可能會為有關維數在高溫超導中的作用提供更多資訊。

圖1. 單層Bi-2122製備和表徵

研究人員發現，單層銅氧化物最高超導轉變溫度與最佳摻雜體的最高溫度一樣高。與傳統的二維超導體（如NbSe2）大大降低的轉變溫度相比，對轉變溫度缺乏尺寸影響無法滿足Mermin-Wagner定理的期望。

單層Bi-2212的效能變得極為可調，對各種摻雜濃度下的超導性，贗能隙，電荷階數和莫特狀態的調查表明，這些相與本體中的相沒有區別。因此，單層Bi-2212顯示了高溫超導的所有基本物理原理。

圖2. 單層Bi-2122的高溫超導效能調控

圖2. 單層Bi-2122的電子結構

這項研究結果為單層氧化銅作為研究二維高溫超導性和其他強相關現象，建立了一個全新的平臺。值得一提的是，這是張遠波教授2018年Nature之後再一次在二維材料領域取得重要進展。

特 別 提 示