近日，複旦大學物理學係教授修發賢課題組在拓撲半金屬Cd3As2與超導的異質結中觀察到了Cd3As2的表麵超導態。5月17日
，相關研究成果以《由近鄰效應產生的狄拉克半金屬Cd3As2表麵超導》(“Proximity-induced surface superconductivity in Dirac semimetal Cd3As2”)為題在線發表於《自然 通訊》(Nature Communications, DOI:10.1038/s41467-019-10233-w)。

　　mayuelanafeimizishiyizhongxinqizhunlizi，manzufeiebeiertongji
，shishixiankerongcuodetuopuliangzijisuandewuzhijichu。jinnianlai
，tuopuchaodaocailiaoyinqibianjietaizhongcunzaimayuelanafeimiziyichengweiningjutaiwulilingyudezhongyaoyanjiufangxiangzhiyi。jiangtuopucailiaozhuanbianchengchaodaotaishiyigetansuotuopuchaodaodeyouxiaofangfazhiyi。sanweituopubanjinshuzuoweiyizhongxinxingtuopuliangzicailiao
，qinengdaishangjuyoudilakezhuijiegou
，bingqiejuyoufengfuduoyangdefeipingyongbiaomianbianjietuoputai，shishixianmayuelanafeimizidelixiangtixi。yaozaituopubanjinshuzhongshixiantuopuchaodao，shouxianxuyaojiangzhexiebianjietaizhuanbianchengchaodaotai。jinguanlilunshangyijingyouhenduoyuyan，shiyanshangmuqianbingmeiyoushiyanwanquanzhengshizhexiebianjietaidechaodaoxingshi。

　　為實現拓撲半金屬的超導
，修發賢課題組在前期三維狄拉克半金屬Cd3As2納米片的費米弧表麵態輸運研究的基礎上，與香港科技大學羅錦團（Kam Tuen Law）等課題組合作，在Cd3As2納米片上蒸鍍一層超導的Nb
，形成Nb/Cd3As2和Nb/Cd3As2/Nb的異質結

，通過近鄰效應將超導傳遞到Cd3As2中。研究表明
，在Nb/Cd3As2的界麵中，通過微分電導譜輸運測量發現寬電導平台和零偏壓的寬峰
，分別對應Cd3As2的表麵費米弧和體態的超導，並且費米弧與超導的耦合遠強於體態。通過改變Cd3As2的厚度可以改變Cd3As2的表麵費米弧與體態比重，可以觀察到對應的費米弧和體態超導能隙的變化。同時，羅錦團課題組對Nb/Cd3As2的理論模擬進一步證實了觀察到的費米弧和體態超導。

　　基於Nb/Cd3As2很好的超導近鄰效應
，課題組研究了基於Cd3As2的約瑟夫森結（Nb/Cd3As2/Nb）的物理性質。通過超導量子幹涉（Superconducting Quantum Interference）測量，觀察到超導電流幾乎完全由Cd3As2的上下表麵流過，實驗中超導臨界電流與磁場關係是一個SQUID形xing狀zhuang。這zhe與yu以yi前qian在zai類lei似si的de拓tuo撲pu絕jue緣yuan體ti的de表biao麵mian態tai超chao導dao電dian流liu特te征zheng非fei常chang不bu同tong。在zai拓tuo撲pu絕jue緣yuan體ti中zhong，表biao麵mian態tai是shi各ge向xiang同tong性xing的de，各ge個ge方fang向xiang會hui相xiang互hu幹gan擾rao很hen難nan形xing成cheng單dan個ge方fang向xiang上shang很hen好hao的de邊bian界jie電dian流liu，並bing且qie需xu要yao將jiang費fei米mi能neng級ji調tiao控kong至zhi體ti態tai能neng隙xi中zhong以yi避bi免mian體ti態tai的de影ying響xiang。然ran而er，在zai三san維wei狄di拉la克ke半ban金jin屬shuCd3As2中，由於體態和表麵費米弧對於超導耦合能力差距很大，可以避免體態的幹擾，以至於表麵態隻在y方向的兩邊才存在
，可以形成很完美的表麵超導電流。這些特性都是Cd3As2費米弧超導的有力證據。

圖
，Cd3As2費米弧超導的示意圖

　　該項研究成果首次在三維拓撲半金屬中實現了費米弧的超導（如圖所示）
，這相當於二維量子自旋霍爾絕緣體的一維超導邊界態的高維度類推
，對於深入理解邊界態超導具有重要意義；同時，基於理論預言，Cd3As2的超導費米弧可在a.c.約瑟夫森效應中實現馬約拉納費米子的一種新的表現形態：馬約拉納平帶。這為探索拓撲超導提供了新的思路和實驗手段

，也為拓撲量子計算機的最終實現提供了前期的科研基礎。

　　該工作由複旦大學物理學係修發賢、wangyihuaketizu，xianggangkejidaxueluojintuanketizu，shenyangjinshusuohanzhengketizu
，beijingdaxuelinxiketizu，aodaliyakunshilandaxuezoujinketizu，beijinggongyedaxuehanxiaodong
、陳豔輝課題組合作完成。工作獲得了複旦大學物理學係
、應用表麵物理國家重點實驗室、國家重點研發計劃、基(ji)金(jin)委(wei)優(you)秀(xiu)青(qing)年(nian)基(ji)金(jin)和(he)麵(mian)上(shang)項(xiang)目(mu)的(de)大(da)力(li)支(zhi)持(chi)與(yu)資(zi)助(zhu)。論(lun)文(wen)的(de)第(di)一(yi)單(dan)位(wei)為(wei)複(fu)旦(dan)大(da)學(xue)物(wu)理(li)學(xue)係(xi)
，複(fu)旦(dan)大(da)學(xue)物(wu)理(li)學(xue)係(xi)教(jiao)授(shou)修(xiu)發(fa)賢(xian)為(wei)通(tong)訊(xun)作(zuo)者(zhe)，修(xiu)發(fa)賢(xian)課(ke)題(ti)組(zu)博(bo)士(shi)生(sheng)黃(huang)策(ce)和(he)香(xiang)港(gang)科(ke)技(ji)大(da)學(xue)羅(luo)錦(jin)團(tuan)課(ke)題(ti)組(zu)博(bo)士(shi)生(sheng)周(zhou)桐(tong)為(wei)共(gong)同(tong)第(di)一(yi)作(zuo)者(zhe)。

　　修發賢課題組主要從事拓撲材料的生長
、量子調控以及新型低維原子晶體材料的器件研究。在狄拉克材料方麵致力於新型量子材料的生長、物性測量以及量子器件的製備與表征。在新型低維原子晶體材料的器件方麵主要研究其電學、磁學和光電特性。