作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 (一)硅酸锆晶体结构的侧视图
实线代表菱形晶胞
(二)离子选通装置的示意图，基于氧化锆单晶薄片和图案化电极的真实光学显微照片
为隧道光谱测量准备了窄触点
除了薄片和栅电极的外部区域，聚甲基丙烯酸甲酯覆盖了整个器件
将含氯化锂的电解液滴在装置上
向电解质施加栅极电压VG，锂阳离子和四氧化三氯阴离子反向移动
锂阳离子从薄片的侧面嵌入
(三)嵌入操作中器件的源漏电流IDS
在VG(红色)的正向扫描期间，入侵检测系统急剧增加，而在反向扫描(蓝色)中入侵检测系统的变化是逐渐的
VG以10mv/秒的速度扫描
(四)不同锂含量x值下150 K时的反对称横向电阻率
线性斜率用于确定x
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abb9860 在成对的费米子系统中，巴丁-库珀-施里弗超流和玻色-爱因斯坦凝聚是基态的两个极限
在《科学》杂志的一份新报告中，中川郁司和日本应用物理、量子电子学、紧急物质科学和材料研究的一组科学家报告了通过改变2D超导体电子掺杂的层状材料ZrNCl中的载流子密度，从BCS极限到BEC极限的交叉行为
研究小组展示了在低载流子密度极限下超导转变温度和费米温度的比值是如何与BCS-BEC交叉机制下的理论上限相一致的
结果表明，栅掺杂半导体如何为2D BCS-BEC交叉提供理想的平台，而不像其他固态系统那样增加复杂性
波士顿-BEC跨界车 费米子配对和凝聚现象是各种系统的基础，包括神经元恒星到超导体和超冷原子气体
费米子凝聚的两种极限情况由两种不同的理论描述，这两种理论被称为巴丁-库珀-施里弗理论，物理学家约翰·巴丁等人对此进行了研究
1972年获得诺贝尔奖，1924年由物理学家萨特延德拉·纳特·玻色和阿尔伯特·爱因斯坦发展的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)
BCS理论详细描述了弱耦合或高密度极限中的超流现象，在这种情况下，单个费米子直接凝聚成费米子对的相干态，这种凝聚通常在电子的超导性中观察到
后者通常发生在强耦合、低密度限制期间
起初，费米子对表现得像玻色子，然后它们经历了超流态的BEC，这是在费米气体中看到的现象
这两个界限通过一个被称为BCS-BEC交叉的中间机制连续相连
LixZrNCl的输运性质
不同掺杂水平下电阻率的温度依赖性
x = 0时的电阻率
080和0
13分别乘以5和10
(二)电阻率在30 K时归一化
每条曲线偏移0
5，灰色虚线表示零线
(C)x = 0时的电阻率
011显示了BKT的转变
黑线符合哈尔佩林-纳尔逊公式
插图:电阻率以[d(lnρ)/dT]–2/3比例绘制
(四)作为温度函数的平面外上临界场Hc2
虚线是对每个掺杂水平的0 K的线性外推
(五)Hc2在0 K时的掺杂依赖性(上)和面内相干长度ξ(下)
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abb9860 实验设置 物理学家使用超冷原子气体和超导体作为有利的实验环境，通过以准连续的方式控制组成费米子之间的耦合强度来观察BCS-BEC交叉
在超冷原子气体中，耦合强度可以使用从BEC极限跨越交叉区域的费许巴赫共振进行高度调制
研究人员可以控制载流子密度和耦合强度，从超导体内部的BCS极限进入交叉区
在超导体中，无量纲耦合强度可以用超导间隙和从导带底部测得的费米能来确定
随着超导能隙和费米能之间的比率通过增强的配对相互作用或降低的载流子密度而增加，系统进入了BCS-BEC交叉区域，伴随着超导临界温度和费米温度的比率的增加
例如，铌(铌)和铝(铝)深深地位于BCS极限之内，而包括铁基半导体在内的更奇特的超导体位于BCS-BEC交叉区附近
然而，由于复杂的活动，例如低载流子密度、强电子相关效应和遮蔽现象的磁有序，耦合强度不够高，不能达到跨越区的BEC极限
因此，物理学家在研究超导体时，仍然需要清楚地证明BCS-BEC交叉
在这项工作中，中川等人
研究超导体LiXzrncL–一种锂嵌入的层状氮化物，以了解这种现象
研究超导体 锂xZrNCl的隧穿光谱
(一)2 K对称化和归一化隧道光谱
在每个掺杂水平下，55 K的光谱用于归一化，以在减去沟道电阻率(15，27)后去除双折射和依赖于x的背景
(二)超导间隙∑的掺杂依赖性(上)及其与临界温度Tc的比值(下)
BCS理论预测2∑/kBTc = 3
52(虚线)
开放符号是多晶样品中的测量值(29)
(三)x = 0时的隧穿光谱
0066对于在55 K标准化的不同温度，没有对称化
插图:零偏置电导(ZBC)温度扫描，在V = 0时的dI/dV
缝隙打开温度由ZBC 1%的下降决定
(D)⇼x = 0时
0066(圆)和0
13(钻石)作为温度的函数
实线表示BCStype间隙函数，Tc由电阻转变决定
(五)锂锆铬合金的相图
Tc和T*之间的温度范围代表赝能隙状态
载流子密度的误差通过在多个霍尔探针中的测量来估计
插图:T*和Tc之间的比率
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在锂锆碳超导体中，锂向双层蜂窝状氮化锆层提供电子，在没有掺杂的情况下形成带状绝缘体
研究人员以前使用离子选通方法对原始氧化锆进行过单晶测量
在最近的工作中，中川等人
介绍了一种改进的器件结构，并指出通过降低载流子密度，从各向异性三维(3D)超导体向2D超导体的尺寸交叉
在这项工作中，研究小组详细描述了锂锆铬合金在更低载流子密度范围内的超导行为
科学家使用离子选通器件结构，在源极和漏极之间的沟道区制备了用于隧道光谱的窄电极，并用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)抗蚀剂覆盖该器件
在栅极电压(VG)应用中，该团队通过测量源漏电流来追踪嵌入过程
高掺杂区的电阻转变很明显，而轻掺杂区的电阻转变明显变宽，代表了从各向异性3D超导体到2D超导体的尺寸交叉
维度交叉 超导体的3D到2D维度交叉是由于载流子密度降低而发生的，因此形成了一种独特的、意想不到的现象来实现交叉
该团队将这一特征归功于锆碳层的菱形堆叠，其中该单元包含三层
使用密度泛函理论计算，他们证实了实验结果
在冷却过程中，科学家们进行了隧道光谱学，其中载流子密度的降低对应于更强的耦合
Nakagawa等人
还讨论了几种材料中的赝能隙态，并与现有系统进行了比较
锂锆碳材料提供了一个更简单的测试平台，因为它的带状绝缘体没有电子相关效应、磁序和密度波
研究小组将在锂锆碳中观察到的伪能隙状态归功于在BCS-BEC交叉现象中预先形成的对
然后，他们强调了一项大规模研究，其中对多晶锂锆碳样品的核磁共振测量显示，在超导圆顶的高掺杂侧存在伪间隙状态
超导锂xZrNCl中的BCS-BEC交叉
(一)超导禁带与费米能之比(∈/EF)的掺杂依赖性(上)和粒子间距离与相干长度之比(1/kFξ)(下)
橙色区域代表BCS-BEC交叉方案(22)
开放三角形是比热测量值(29)
(二)BCS-BEC交叉的相图
间隙打开温度T*，临界温度Tc和BKT跃迁临界温度TBKT由费米温度TF归一化，并分别用红色球体、深蓝色菱形和粉红色正方形绘制为∑/EF的函数
虚线表示理论预测的上限，TBKT/TF = 0
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插图:Tc/TF和TBKT/TF为1/kFξ的函数
(丙)Uemura图:绘制了各种超导体的临界温度与费米温度的关系
当x减小时，LixZrNCl离开BCS极限，到达穿过阴影区域的交叉区域，这里是大多数非常规超导体的位置(8)
表示为“3D中的BEC”的虚线表示3D费米气体系统中BEC极限的临界温度，Tc = 0
218 TF (2)
另一条虚线表示为“2D极限”，对应于总上限TBKT = 0
所有2D费米系统中的125 TF
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前景 通过这种方式，中川佑司和他的同事通过系统地调整锂锆碳样品中超导体的耦合强度，展示了2D BCS-BEC交叉
该团队通过降低样品的载流子密度，实现了从各向异性3D到2D的维度交叉，从而实现了2D BCS-BEC交叉
他们将这种交叉与费米气体的2D云阵列进行了比较，其中维度也受到耦合强度的影响
对这一现象的进一步研究将有助于加深对费米子凝聚物理的理解
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