近日，中山大學(xué)副教授明方飛與南方科技大學(xué)副教授王克東團(tuán)隊、美國田納西大學(xué)教授Weitering團(tuán)隊等合作，在硅基拓?fù)涑瑢?dǎo)研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果近日以封面文章形式發(fā)表于《自然-物理學(xué)》。

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，超導(dǎo)體被賦予了更重要的功能——制備量子比特和量子計算機(jī)。硅是當(dāng)前電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料，但在未來新型電子器件的研究中它常被當(dāng)作“傳統(tǒng)”或“被替代”材料，部分原因是人們認(rèn)為在具有弱互相作用的sp電子體系中難以實現(xiàn)新穎量子效應(yīng)。

研究團(tuán)隊通過巧妙設(shè)計硅表面的二維結(jié)構(gòu)和摻雜方法，實現(xiàn)了硅基非傳統(tǒng)超導(dǎo)。其所制備的系統(tǒng)，在Si（111）的終止表面引入1/3單層、同為四價的錫原子形成稀疏三角晶格，實現(xiàn)具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子性的二維結(jié)構(gòu)；進(jìn)一步通過將硼元素置于亞表層并規(guī)則排列，實現(xiàn)了對稀疏晶格的高濃度且無損的空穴摻雜。摻雜后結(jié)構(gòu)由摩特絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體，超導(dǎo)強(qiáng)度隨摻雜濃度顯著變化。盡管其超導(dǎo)溫度（≤9K）仍顯著低于液氮溫度（77K），但其超導(dǎo)物理特性與高溫超導(dǎo)是非常類似的，屬于非傳統(tǒng)超導(dǎo)。

此外，該硅基二維晶格具有三重對稱性，其超導(dǎo)最低能態(tài)可由兩種不同的d波序參量疊加而成，根據(jù)疊加方式不同呈現(xiàn)不同的手性特征，即手性d波超導(dǎo)態(tài)。研究團(tuán)隊利用掃描隧道顯微鏡在超低溫和磁場條件下對超導(dǎo)特性進(jìn)行高精度測量，獲得了手性d波超導(dǎo)的有力證據(jù)。這是一種人們渴望實現(xiàn)的新穎拓?fù)湮飸B(tài)，具有制備量子比特和實現(xiàn)量子計算的潛力，而在硅系統(tǒng)中實現(xiàn)此物態(tài)有望助力量子技術(shù)走向大規(guī)模應(yīng)用。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41567-022-01889-1

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