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科技日报记者 吴长锋
记者21日从中科院合肥物质科学研究院获悉，由复旦大学物理学系修发贤课题组与合作者利用该院稳态强磁场科学实验装置（SHMFF）水冷磁体WM5，在薄层二维层状单晶超导体2M-WS2中揭示了自旋-轨道-宇称耦合的超导新机制。相关研究成果日前在线发表于期刊《自然物理》，并同期发表《新闻与观点》评论。
近年来，二维层状单晶超导体成为国际上备受关注的研究重点。二维层状单晶超导体中一个很重要的研究方向就是研究其超导在面内强临界场下的行为，寻找其中可以对抗较大外界磁场的超导体。这一类研究无论对于基础物理学研究，还是对超导的应用研究都具有重要意义。
自旋-轨道-宇称耦合的超导最早由香港科技大学罗锦团教授理论预言提出，指的是具有拓扑能带翻转的二维中心对称超导体中，在具有相反奇偶性宇称的拓扑能带翻转区域附近，会打开一个拓扑能隙。在这种情况下，仅包含自旋和动量的传统自旋轨道耦合项由于体系具有空间反演对称性而被禁止，但是空间反演对称性却允许体系的自旋、动量和电子态的宇称在拓扑能带翻转区域附近耦合在一起，称为自旋-轨道-宇称耦合。这种自旋-轨道-宇称耦合会使得体系在拓扑能带翻转区域附近产生新奇的超导态，称为自旋-轨道-宇称耦合超导，该超导具有巨大的并且各向异性的面内上临界磁场。
为了寻找自旋-轨道-宇称耦合超导，科研人员用机械剥离的方法制备了2M-WS2薄层电输运器件，通过测量发现，4纳米左右厚度的2M-WS2拥有约7.6K的超导临界温度。磁输运证明薄层2M-WS2中的超导具有二维超导的属性。平均场理论计算也表明，薄层2M-WS2中的超导机制即为自旋-轨道-宇称耦合超导。
该研究对于深入理解具有拓扑能带翻转特性的二维中心对称超导体中的奇异超导行为具有重要意义。同时，新型层状单晶超导体2M-WS2在研究中所展现出的独特的物理属性，也表明其在探究高阶拓扑超导和新器件方面具有较好的研究价值。
（中科院合肥研究院供图）
