激子超導機制可行性獲部分證實

10月21日，記者從浙江大學獲悉，該校信息與電子工程學院教授林時勝團隊利用自制的微波等離子體化學氣相沉積系統，成功制備出硼氮共摻雜的塊體單晶金剛石，并成功通過遷移率調控，實現了金剛石的超導態和金屬態，部分證實了激子超導機制的可行性，為實現碳基更高溫超導提供了新路徑。相關論文近日發表于國際期刊《先進功能材料》。

金剛石具有超寬禁帶、超高擊穿場強、熔點高及熱導率高等物理性質。BCS理論是解釋常規超導體超導電性的微觀理論。該理論認為，聲子通過與電子的相互作用，促使電子形成庫珀對，進而形成超導電流，使材料進入超導態。科學家根據該理論推斷，超導轉變溫度一般低于40K（約零下233攝氏度），這一溫度又被稱為麥克米蘭極限。然而，有理論物理學家指出，利用激子來實現石墨烯等碳基材料中的耦合電子庫珀對，也可能獲得非常規高溫超導體。

“激子指的是電子和空穴形成的復合體，超導則表明材料在某個溫度下實現零電阻和完全抗磁性狀態。”林時勝介紹，在金剛石中引入激子來實現非常規超導值得期待。

科研團隊通過調節金剛石生長過程中的壓強、溫度以及氣體摻雜比例等，制備得到的重摻雜金剛石表現出良好導電性，超導轉變溫度為3K（約零下270攝氏度）。通過調節緩沖層的生長參數，團隊發現具有較高空穴遷移率的樣品可以實現超導態。超導態的實現得益于局域束縛激子之間的強耦合。大尺寸單晶超導金剛石的制備，可為量子傳感及量子計算研究提供堅實基礎。

林時勝說，團隊將石墨烯轉移至硼氮共摻雜單晶金剛石表面，制備石墨烯/金剛石異質結后，發現石墨烯中也存在類似超導特性的新型電學傳輸行為。在27K（約零下246攝氏度）下，團隊觀測到石墨烯的電阻開始下降，這揭示了金剛石以及石墨烯通向更高溫度超導的可行性。

（洪恒飛 記者江耘）