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证实高温超导的二维本质，复旦大学首次制备单铜氧层高温超导体 



图片来源：复旦大学物理学系

高温超导电性是未来高效电力传输和高性能电子器件发展的重要方向，但其微观机理始终是凝聚态物理的“皇冠之谜”。据复旦大学官方公众号消息，该校物理学系张远波教授团队与合作者在《自然》（Nature）发表研究成果，成功将铜基高温超导体削薄至仅含一个超导平面——即单个CuO₂面。这一“极限操作”不仅证实了高温超导的二维本质，更在超导-绝缘体转变的临界点发现了奇异的“反常金属态”和量子临界现象，为研究高温超导机理提供了全新的量子实验平台。

要制备并测量极薄的原子级二维平面，需要攻克材料脆弱、易受空气与加工工艺影响、氧含量难以稳定精控等数道实验难关。研究团队在惰性气氛的低温环境中完成了样品解理与器件制备，结合微电极冷焊，解决了单层铜氧化物易被空气和水汽破坏的难题。更重要的是，团队发展了具有极高精度的掺杂调控技术，实现了超高掺杂分辨率，得以观测从莫特绝缘相到整个超导穹顶的完整物理相图。在超导—绝缘体量子临界区，研究人员发现，随着温度降低，传统量子临界点附近的普适标度行为失效，有效临界指数随着接近临界区而迅速发散，呈现量子格里菲斯奇异性。更重要的是，在零温极限下，超导与绝缘之间出现电阻保持有限值的反常金属态，而且既可通过降低空穴掺杂，也可通过施加垂直磁场获得。这一发现与玻色金属图像相吻合，不仅揭示了单个CuO₂面中的真实维度效应，更为研究量子临界现象与反常金属态提供了一个高度可调、品质优异的二维实验平台。（复旦大学）