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“TOP大学来了”小编按，5月14日，浙江大学物理学系谢燕武研究员联合中科院物理所孙继荣研究员和周毅研究员在全球顶级科研期刊《Science》杂志发表了题为“Electric field control of superconductivity at the LaAlO3/KTaO3 (111) interface”的文章，为人们探索低温量子现象呈现了一个崭新的视野，也为超导器件的研发提供了新的思路。“TOP数据库”显示，浙江大学2021年度以第一单位发表的第6篇正刊。
“TOP大学来了”小编按，5月14日，浙江大学物理学系谢燕武研究员联合中科院物理所孙继荣研究员和周毅研究员在全球顶级科研期刊《Science》杂志发表了题为“Electric field control of superconductivity at the LaAlO3/KTaO3 (111) interface”的文章，为人们探索低温量子现象呈现了一个崭新的视野，也为超导器件的研发提供了新的思路。（点击阅读：中科大VS浙大！2021年Nature/Science正刊谁发的最多？）
铝酸镧（LaAlO3）和钽酸钾（KTaO3）是两种绝缘体，但当它们组合在一起时，界面就能导电甚至出现超导现象。2021年5月14日，浙江大学谢燕武研究员联合中科院物理所孙继荣研究员和周毅研究员等人通过研究发现，可以像调控半导体器件那样，用电压连续调控LaAlO3/KTaO3界面的导电性质：随着门电压的变化，它呈现了从超导到绝缘体的连续转变。同时，研究团队还在这一界面观测到了可被连续调控的量子金属态等许多新奇的物理现象。
导电电子在低温下两两配对，就会形成超导，目前已知的超导体系已经非常多，但能被电场调控的凤毛麟角。“浙江大学谢燕武团队的调控方法本质就是调控电子‘队形’的空间分布，让它们在更靠近或更远离界面的地方运动。”大量的电子在氧化物界面附近运动时，会受到晶格缺陷（也称为“无序”）的影响。“就像开车时遇到障碍物。”谢燕武说，这种“无序”越贴近界面分布越密集，越远离界面则越稀疏。基于这一认识，研究团队提出了改变电子空间分布的思路，“如果有更多的电子靠近界面，那么整体来看它们遇到的‘障碍物’就变多了，这会显著影响电子以及配对后的超导库珀对的运动行为。”
图：每平方厘米界面通道里有80万亿个电子在运动，门电压通过改变它们的“队形”来影响界面导电性能。“山丘”形状示意了无序分布。
在这项实验中，研究人员测试了门电压从-200V到150V区间时界面的导电性能。“不论在超导转变温度之上还是之下，导电性都可被连续调控。”陈峥说，“我们还直接测量了在这一门电压区间电子‘队形’空间分布的变化，当导电通道在6纳米时，LaAlO3/KTaO3看起来是很好的超导，而当通道调整到2纳米时，它就成了绝缘体。”
图：在-200V到150V区间施加不同门电压时LaAlO3/SrTiO3界面的面电阻（Rsheet）随温度（T）的变化。
“从表面看，我们与传统的方法用的都是门电压调控，但背后的调控机制是全新的。”孙继荣说，传统的方法，无论是半导体晶体管还是LaAlO3/SrTiO3，都是通过改变电子浓度从而实现对导电性能的调控，这里需要有个前提：电子浓度低。“相比之下，LaAlO3/KTaO3界面的电子浓度很高，不能满足传统的调控机制，因此需要探索全新的调控机制。”孙继荣说，新的调控仍然以类似于晶体管的方式工作，但本质上打破了对于电子浓度的限制。
图：器件实物照片。中间核心桥路部分宽20微米，长100微米。
《科学》杂志的审稿人对这项研究给与了非常积极的回应，他们认为，这种完全可调的超导性是一项引人入胜的突破，该项研究充分深入，几乎覆盖了过去10多年人们在LaAlO3/SrTiO3体系中获得的认识。
“TOP大学来了”小编按，5月7日，浙江大学高超教授和西安交通大学刘益伦教授（共同通讯作者）团队等在全球顶级科研期刊《Science》杂志发表了题为“Reversible fusion and fission of graphene oxide–based fibers”的文章，该研究首次发现湿法纺丝制备的氧化石墨烯（GO）纤维在溶剂的触发下会发生动态可逆的融合和裂变行为。值得注意的是，2天前浙大刚刚发了篇《Nature》正刊。
“TOP大学来了”小编按，5月7日，浙江大学高超教授和西安交通大学刘益伦教授团队（共同通讯作者）等人带领下，提出了一种溶剂触发的形貌调控策略来实现可逆的融合和裂变。选择GO（GO）纤维作为模型，因为它具有二维（2D）拓扑结构、丰富的化学分子、超柔性和自粘接能力。在膨胀后，湿法纺丝的GO纤维具有一个外壳（最外层），限制了内部GO薄片的运动，并显示出溶剂触发的大体积变化和弹性变形能力。在水和极性有机溶剂的刺激下，纤维壳的形貌通过膨胀和溶胀在皱褶的管状状态和扩展的圆柱状状态之间可逆地切换，从而引起瞬时的纤维界面，导致任意数量的GO纤维的循环自融合和自裂变。在每个循环中，GO纤维的数量、大小、组成、结构和性能在裂变后都得到了恢复，显示了融合和裂变的精确可逆性。
“TOP大学来了”小编按，5月5日，浙江大学郑毅研究员，许祝安教授联合中南大学夏庆林副教授（共同通讯作者）在全球顶级科研期刊《Nature》杂志发表了题为“Rashba valleys and quantum Hall states in few-layer black arsenic”的文章，报道了中心对称的几层黑砷中SOC和斯塔克（Stark）效应之间的协同效应，表现为粒子-孔不对称的拉什巴（Rashba）效应和由静电门控可逆控制的量子霍尔态。这些不寻常的缺陷源于黑砷的弯曲正方形晶格，其中4p轨道形成一个具有Pz对称的以布里渊区为中心的Γ谷，在X点的时间恢复不变动量附近与Px起源的D谷共存。当垂直电场破坏了结构反转对称时，Px带激活强拉什巴SOC，产生自旋谷有利的D±谷，而Γ谷的拉什巴分裂受到Pz对称的限制。有趣的是，巨大的斯塔克效应表现出相同的Px轨道选择性。这种协调能够实现对二维空穴气体的可调的拉什巴谷，特征在于量子霍尔态依赖的朗道能级的形成，量子霍尔态中非常规的跃迁奇偶性问题。
审核、编辑：大可
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