导读

　　近年来量子材料的概念逐渐走进大家的视野，量子材料顾名思义就是由于自身电子的量子特性而具有奇异物▓理特性的材料。从铜氧化物超导体到铁基超导体，从石↙墨烯到拓扑绝缘体，越来越多的新材料不能被原来的自旋电子材料、强关联体系所准确定义，而量子材料这一概念从本∮质上描述了这类材料的特性。

　　纵观几十年来材料科学的发展历程，从1984年台』基于量子材料的超导量子干涉仪(SQUID)的诞生到现在人为设计、制备量子材料，由量子材料制造的工具正在不断推动◥新型量子材料的研究和发展。从当初的SQUID到现在的完备测量领域“生态圈”，Quantum Design正是这一历史发展的见证者和创造者。‍

　　正文

　　今天我们为大〓家介绍北京大学王健教授(Quantum Design用户)课题组在人为〓设计二维超导材料方面的新研究进展。2018年4月Physical Review X报道了北京大学王健教授课题组的新发表的科研成果“Interface-Induced Zeeman-Protected Superconductivity in Ultrathin Crystalline Lead Films”。

　　众所周知，在超导材料中电子并不是单存在而是以“库珀对”的形式存在。对超导材料施加外磁场↑将会破坏“库珀对”从☉而破坏材料的超导特性。在超薄二维超导材料中面内限磁场Bc通常由◢泡利限Bp所决定，但是近期研究发现一些特殊的机制可以阻止“库珀对”被破坏，使得Bc可以超越Bp的限制。例如，在自旋三重态的超导体中“库珀对”由自旋平行的电子对组成，因此限场可∩以超越泡利限。在无序二维超导薄膜中传统型“库珀对”对应的泡利限被自旋轨道散射取代，散↑射会破坏自旋朝向并减弱自旋顺磁性。此外，内在的自旋轨道相互作用(SOI)也会提升Bc。由面外对称性破缺导致的Rashba型SOI可以在面内产生自旋化提升限场，不过面内的限磁场Bc上限是√2Bp。在面内对称性破缺的高质量二维超导材料中，例如单层NbSe2和MoS2，也观察到了Bc远超泡☆利限的现象，我们称之伊辛超导特性。由于面内对称的破缺在面外产生的自旋化我们称为♂Zeeman型 SOI，这样的二维超导材料面内限场Bc可以远超泡利上限。但是大多二维超导材料都是面对称◣的，并不》能产生Zeeman型SOI。

　　图1 文章中对材料在不同磁∏场和温度下超导性质的测量

　　为了更加深入地研究塞曼保护超导性(Zeeman-protect Superconductivity)，王建教授课题组通过精密控制成功在Si(111)表面制备出面内带状对称性破缺的超薄Pb薄膜，测量发现6层Pb薄膜面内限磁场Bc竟高达35.5T(大测◆量磁场∑)，远超★泡利限Bp=14.7T，并且作者从理论计算上解释了新型薄膜中的超高Bc的机理。超高Bc材料的发现对↙于超导机理的研究和超导材料的应用都具有十分重要的意义，也推动了超导材料在强磁场和多种端环境下的√使用。这一结果也预示着人们有望在ζ二维超导体系中，通过界面∑调制发现新的非常规超导特性。

　　图2 文章中分别对4、5、6层Pb薄膜在不同温度下的限场进行的测量。

　　更多详细内容请参考原文献(DOI:10.1103/PhysRevX.8.021002)

　　在本项研究中作者利用Quantum Design公司生产的综合物●性测量系统PPMS和磁学测量系统MPMS对材料磁场下的电学性质以及磁学性质进行了精细测量㊣　，优质的测量数据也为理论计算和实验对比提供了重要的帮助。作为综合物性和磁学测量的设备生产商，Quantum Design见证了我ξ国在量子材料领域的快速发展。Quantum Design公司在30多年的发展历程中，从初的SQUID到现在的MPMS3和PPMS，助力越来越多的科研工作者利用Quantum Design的优质设备取得重要科研↓成果。

　　Quantum Design也根据用户的需求不断推出新的设备和功能，目前PPMS已经成为包含力、热、光、电、低温以及显微学等功能的全面的测量系统。近Quantum Design推出了超全开放强磁场低温光学研究平台OptiCool，这是一套专门为低温强磁场光学实验所设计的系统。结合ξ　已有的MPMS和PPMS， Quantum Design现已形成了完整的测量 “生态圈”，成为量子材料研究领域为完备的测量体系。从量子设计到设计量子，Quantum Design 与时代共同前进。

　　图3 Quantum Design公司设备：MPMS3、PPMS和OptiCool

　　在此，Quantum Design再次祝贺王健教授课题组取得「重要成果，也祝愿广大Quantum Design用户科研顺利!