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上海交大李政道研究所伊合绵副教授与合作者：在镓元素薄膜中发现轨道杂化诱导的伊辛超导
3 小时前
近日，上海交通大学李政道研究所与物理与天文学院长聘教轨副教授伊合绵，携手美国宾夕法尼亚州立大学物理系Chao-Xing Liu教授及Cui-Zu Chang教授团队，在Nature Materials上发表了题为“Orbital-hybridization-induced Ising-type superconductivity in a confined Gallium layer”的研究论文。该研究突破了传统认知，首次在轻元素镓（Ga）薄膜中发现了由轨道杂化诱导的伊辛型超导态。研究团队创新性地采用了一种无等离子体介入、仅由碳缓冲层辅助的限域外延技术，成功制备出在大气环境下稳定存在的三明治结构异质结：将厚度仅为三个原子的镓薄膜限制在双层石墨烯覆盖层与碳化硅衬底之间。在这种量子限域环境下，镓薄膜的电子结构和自旋性质发生了根本性改变，展现出高达21.98特斯拉的面内上临界磁场，远超常规超导体的理论上限，达到泡利顺磁极限的3.38倍。研究揭示了底层镓原子与碳化硅衬底硅原子之间的强轨道杂化效应，重塑了镓层中库珀对的波函数，诱导出“自旋-谷锁定”效应，从而赋予库珀对抵御面内强磁场的能力。这一发现不仅摆脱了对特定重元素材料的依赖，更为基于大尺寸晶圆的超导器件集成及低功耗自旋电子技术开辟了新路径。
