超導研究重取得大突破：二硫化鉭薄膜更高溫

　　中科院上海硅酸鹽研究所黃富強研究團隊與中科院上海微系統所、北京大學(xué)等合作，通過(guò)化學(xué)剝離成單層二硫化鉭納米片并將納米片抽濾自組裝而重新堆疊成二硫化鉭薄膜。重新組裝的二硫化鉭薄膜打破了原母體的晶體結構，形成了豐富的均質(zhì)界面，并獲得了比母體材料更高的超導轉變溫度和更大的上臨界場(chǎng)。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《美國化學(xué)學(xué)會(huì )雜志》。

　　自1911年超導被發(fā)現以來(lái)，超導的研究成為凝聚態(tài)物理皇冠上一顆最璀璨的明珠。目前超導材料已應用在包括超導電線(xiàn)，醫院使用的超導核磁共振成像儀以及磁懸浮列車(chē)等各個(gè)方面。然而，盡管超導材料有很多的優(yōu)勢，但由于目前超導材料的最高超導溫度在零下100多攝氏度，成本仍然很高，難以大面積地推廣。因此，追求更高溫甚至室溫超導是物理學(xué)家們的夢(mèng)想，也具有極高的實(shí)際價(jià)值。

　　“目前由于缺乏理論的支持，高溫超導的探索步履維艱。”論文第一作者、上海硅酸鹽所的碩士研究生潘杰表示，傳統的以弱的電-聲相互作用為前提的BCS理論難以解釋40K以上超導的機理，因此需要提出更完備、更深刻的理論來(lái)解釋高溫超導現象，并為高溫超導的探索提供指路明燈。界面超導的發(fā)現是近幾年超導領(lǐng)域的一個(gè)新亮點(diǎn)。然而，界面調控六方相二硫化鉭(2H-TaS2)的電子結構卻未見(jiàn)報道。

　　為了在二硫化鉭中構筑豐富的界面，研究團隊通過(guò)采用堿金屬離子插層剝離的方法獲得單層的二硫化鉭納米片，并通過(guò)抽濾的方式對其進(jìn)行組裝，得到重堆疊的二硫化鉭薄膜。薄膜內部層與層之間發(fā)生無(wú)規則的扭曲，破壞了原先的晶體結構，形成了均質(zhì)的界面。進(jìn)一步的研究發(fā)現，重堆疊二硫化鉭薄膜的電子比熱系數γ兩倍于塊體的六方相二硫化鉭?；诠腆w比熱的德拜模型理論，更大的電子比熱系數γ說(shuō)明了重堆疊二硫化鉭薄膜的費米面附近具有更多的電子態(tài)密度。

　　為了更好地闡述重堆疊二硫化鉭薄膜超導增強的機理，研究團隊采用密度泛函理論對兩種材料的電子結構進(jìn)行模擬分析。計算結果發(fā)現重堆疊后的二硫化鉭薄膜，因層與層之間存在扭曲，界面處電子的離域化程度增強，由此導致了費米面附近的電子態(tài)密度增加，超導特性增強。

　　黃富強研究員表示，這項研究成果豐富了界面超導的研究?jì)热?，為完善超導理論，探索更高溫的超導體系提供了很好的研究思路。