作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 KTO (111)表面、XANES和STEM表征示意图
(一)KTaO3晶格结构
选择离子的相对大小是为了强调钽原子
包含Ta5+离子的三个相邻(111)面分别被染成浅紫色、蓝色和绿色
(二)沿[111]晶轴观察的Ta5+离子分布
Ta5+离子在三个相邻的(111)面上以逐渐变小的尺寸显示，这三个面分别标记为Ta-ⅰ、Ta-ⅱ和Ta-ⅲ
Ta5+离子之间的实线表示相对距离或耦合强度——较粗的线表示更强的耦合，为包含Ta - I和Ta - II位点的第一个双层提供了弯曲的蜂窝晶格
(三)XANES数据，来自塔壁架的EuO/KTO(111)_4样品
表面附近的KTO仅略微减少，钽价接近其体相值(5+)
纯钽的XANES数据也用于比较
从[110方向向下看，(D) EuO/KTO (111)和(E) LAO/KTO (111)界面的STEM图像
绿色方框表示界面附近的区域
学分:理科，doi: 10
1126/科学
aba5511 在材料界面发现的独特电子结构可以让非常规量子态出现
在《科学》杂志的一份新报告中，刘长江和伊利诺伊大学阿尔贡国家实验室及中国科学院的一个研究小组详细描述了在钽酸钾(KTaO3)和氧化铕(EUO)或铝酸镧(LaAlO3)的绝缘覆盖层之间的界面上形成的电子气体中超导性的发现
超导转变温度接近2
在这项工作中观察到的2 K比以前的铝酸镧/钛酸锶系统高一个数量级
临界场和电流-电压测量表明了超导电性的二维特征
研究小组注意到，在超导开始之前，EUO/ KTaO3样品中存在自发的面内输运各向异性，这表明在临界场附近出现了明显的“条纹”状相
二维超导电性 刘等
描述了氧化物-绝缘体/钽酸钾氧化物界面上形成的电子气体中的二维超导电性
二维超导是凝聚态物理和材料科学的中心主题
在二维表面，介导配对的电子-电子和电子-晶格相互作用可以产生与超导性竞争的状态
结果，只有一小部分二维电子气体(2-DEG)和超薄金属膜是超导的
研究人员此前已经利用非晶薄膜进行了二维超导的大部分基础工作，以收集对经典和量子相变本质的深刻见解
二维超导性可以在晶体材料和晶体材料之间的界面中实现，从而使科学家能够实现和简化对称性，以迄今为止在非晶和无序薄膜中无法实现的方式定制电子结构
例如，在一个具有强自旋轨道耦合和打破反转对称性的二维超导体中，拉什巴相互作用可以导致一个候选平台来实现马约拉纳模式
晶体界面上二维超导体的三个最突出的例子包括过渡金属氧化物，它们具有强的电子-电子和电子-晶格相互作用来调节超导配对
不同KTO界面上形成的二维电子气的输运测量
(一)从300千欧到4千欧测量的(111)和(001)样品的薄层电阻的金属温度依赖性
在较低温度下的测量显示了具有不同载流子密度的EuO/KTO (111)样品中的超导转变(沿[11 2 ]的电流)，这是由样品EuO/KTO(111)_1、2和3在T =10 K时的霍尔测量确定的
从生长条件估算了EuO/KTO(111)_4中的载流子密度
(丙)类似的测量老挝/KTO (111)样品也显示超导性
在具有(001)取向的KTO界面的样品中没有观察到超导性，该界面具有低至25 mK的EuO或LAO的覆盖层
载流子密度的范围类似于(B)和(C)所示的(111)取向样品
学分:理科，doi: 10
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aba5511 用钽酸钾观察二维超导性
钽酸钾是一种立方钙钛矿结构的绝缘体，冷却到低温时介电常数超过4500
由于铁电转变期间低温下的量子波动，KTO材料是“量子顺电”衬底
研究人员可以使用离子液体门控将KTO表面调谐到弱超导状态
为了在KTO界面实现二维电子气(2度)，他们引入了真空劈裂，然后暴露于紫外线或同步辐射
用角分辨光电子能谱研究KTO表面，刘等
发现一个独特的费米表面，六重对称来自晶格结构
他们测量的转变温度高达2
2 K，他们通过在样品生长过程中改变载流子密度来调节
他们还注意到一个新出现的条纹相，它打破了KTO表面的旋转对称性
EuO/KTO(111)_3样品的临界场和电流-电压测量
(甲、乙)在不同温度下测量的薄层电阻，分别为面外和面内磁场的函数
临界场的温度依赖性，在RN的一半处确定(在(A)和(B)中的水平虚线)
(四)不同温度下测得的伏安曲线
(五)用与(四)相同的颜色代码在对数标度上绘制的伏安曲线
黑色实线是数据的线性拟合
红色虚线是V ∝ I3，用来推断BKT跃迁温度
温度低于Tc0时，临界电流附近伏安曲线的滞后现象
在所有的测量中，电流都是沿[112 ]方向施加的
学分:理科，doi: 10
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aba5511 实验 接下来，研究小组通过分子束外延生长一层氧化铕(EUO)或使用脉冲激光沉积的铝酸镧(LAO)，在钽酸钾(KTO)上制备了二维电子气体(2-DEG)，他们使用x光衍射测量证实了这一点
使用像差校正的高分辨率透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜，他们检测到EUO/KTO界面附近的氧空位
当他们降低温度时，界面显示出超导性
刘等
在不同的温度和氧气压力下生长样品，以获得不同的载流子密度和迁移率
他们注意到，在KTO界面观察到的晶体取向依赖的界面二维超导性与在钛酸锶(STO)界面观察到的二维超导性形成鲜明对比，在钛酸锶()界面，所有取向都出现超导性
电流-电压行为和范德堡几何 EUO/KTO样品中的超导性也显示出强的临界电流行为
当研究小组将温度提高到接近转变温度时，他们注意到在低电流下电阻状态逐渐开始
他们解释了二维超导体中超导性相对于伯列津斯基-科斯特利兹-索尔兹(BKT)跃迁的演化
因此，由有限温度下的热波动产生的涡流反涡流对的电流驱动解绑导致了超导状态下非线性电流-电压的开始
结果进一步表明二维超导性是不均匀的(多样的)，其中弱连接连接超导区域
在不同的EuO/KTO(111)样品中测量的条纹相位
(一)样品EuO/KTO(111)_5在零电场下沿[110](红色)和[11 2 ](蓝色)晶轴电流测量的薄层电阻
浅蓝色和绿色区域分别表示超导和“条纹”状态
(二)电流(红色箭头)沿垂直于条纹的[110]方向的测量几何图示
这些条纹可能是由库珀对组成的，以浅蓝色气泡显示
(C)-(F)在T = 0时沿两个电流方向测量的薄层电阻的磁场依赖性
迁移率降低的样品中的1 K
临界场(绿色区域)周围的所有样品中均出现条纹相
注意，EuO/KTO(111)_2比EuO/KTO(111)_3具有更高的Tc，但也表现出更显著的输运各向异性
学分:理科，doi: 10
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aba5511 该小组随后注意到在低载流子密度EUO/KTO样品中超导态附近出现了一个明显的相，并在范德堡几何中进行了电阻测量；我
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一种简单的分析技术，用于确定电阻率和薄层电阻
当他们把温度降低到2度以下时
对于沿晶轴流动的电流，电阻增加了近50%，而对于沿不同晶向流动的电流，电阻减少了50%
范德堡方法放大了高迁移率2-DEGs中的输运各向异性，表明出现了一个不同的相，打破了宏观长度尺度上的旋转对称性，这种对称性在2
2 K下降到大约0
7 K
在更低的温度下，结晶方向的电阻迅速降低到零，以获得超导状态
二维超导特性 在降低了设置中的温度后，刘等人
注意到由于超导水坑抑制了弱耦合超导区域之间的传输而导致的电阻增加
他们通过这些区域之间的约瑟夫森耦合，在较低的温度下恢复了全球超导性
结果表明，潜在的超导性是各向异性的，允许超导区域组织成在宏观长度尺度上一致排列的条带
薄层电阻的磁场依赖性为各向异性条状相提供了进一步的证据
随着磁场的增大，刘等人
观察到电阻急剧增加，抑制了电流两个方向的整体超导性
这样，当科学家利用温度或磁场抑制全球超导性时，输运测量揭示了在KTO和STO(钽酸钾和钛酸锶)界面上产生沿相似晶轴取向的大的各向异性输运的条纹相
研究小组提议进行进一步的实验，包括探索超导性的空间结构，以了解所观察到的超导性和电阻各向异性的性质
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