復旦張遠波&中科大陳仙輝院士Nature：二維高溫超導材料

cu2o晶胞中有幾個銅原子

【背景介紹】

眾所周知，銅金屬氧化物是一種廉價金屬氧化物材料。並且基於銅的氧化物材料形成了很多高溫超導體材料，它們都具有共享分層的晶格結構。正是這個奇怪的現象引起了科學家們的思考：在隔離的單層氧化銅中，是否也存在高溫超導性呢？假設存在，那麼其2D超導性和相關現象是否與它們3D對應性不同呢？上述兩個問題的答案，將有助於人們瞭解維數在高溫超導中的作用。

其實，早在2018年10月，復旦大學張遠波教授團隊就在Nature上發表“Gate-tunable room-temperature ferromagnetism in two-dimensional Fe3GeTe2”的文章。該文章講述了他們發現了一種新型的二維（2D）Fe3GeTe2鐵磁體，並且在室溫下就可以發生鐵磁體轉變。透過研究發現，該2D Fe3GeTe2的鐵磁轉變溫度（Tc）可以達到室溫以上，因而其有望用於鐵磁性電子器件。結合前期在高溫超導材料方面的研究積累，張遠波教授等人再取得突破性進展。

【成果速覽】

今日，復旦大學的張遠波教授、Liguo Ma和中國科技大學的陳仙輝院士和（共同通訊作者）在Nature上發表了題為“High-temperature superconductivity in monolayer Bi2Sr2CaCu2O8+δ”的文章。該工作報道了他們開發出了一種新的製造工藝，並且利用該工藝製備了高溫超導體Bi2Sr2CaCu2O8+δ的本徵單層晶體（Bi-2212；單層是指包含兩個CuO2平面的半晶胞）。透過研究發現，單層銅氧化物的最高超導轉變溫度與最佳摻雜體的最高溫度一樣高。

對比傳統的2D超導體（NbSe2）降低的轉變溫度，對轉變溫度缺乏尺寸影響而無法滿足Mermin-Wagner定理的期望。由於單層Bi-2212效能的可調性極好，所以作者對各種摻雜濃度下的超導性、擬能隙、電荷階數和莫特狀態進行了研究，發現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。

總之，該項研究為單層氧化銅作為研究2D高溫超導性和其他強相關現象提供了一個新平臺。

【圖文解讀】

圖一、單層Bi-2212傳輸器件的製備和表徵