具有不同电子基态的材料之间的界面，已经成为创造和控制物质的新量子态的强大平台。在这种新量子态中，界面上的镜面对称性破缺等其他效应可能会引入额外的电子态。在这些涌现的物理现象中，超导性是特别有趣的。近日，来自中国科学院物理研究所、中国科学院大学、安徽大学以及松山湖材料实验室等合作研究表明，通过在
新发现的拓扑半金属碳化钨(WC)单晶上沉积金属薄膜，获得了界面超导性，软点接触光谱证明了这个发现。该论文以题为“Interfacial Superconductivity on the Topological Semimetal Tungsten Carbide Induced by Metal Deposition”于2月28日发表在Advanced Materials上。论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907970
寻找拓扑超导体，是发现马约拉纳费米子和生成马约拉纳零模的关键步骤，它可以作为容错量子计算的量子位。实现拓扑超导一般有两种途径。一种方案是建立基于混合结构的人工拓扑超导体，例如，利用s-波超导体和自旋非退化金属之间的接近效应。另一种方案是寻找具有自旋三重态奇偶校验对的本征拓扑超导体。最近在碳化钨(WC)上发现了尖端诱导超导现象，碳化钨是一种新型的超硬拓扑半金属。尽管包括局部压力、约束效应以及针尖与样品间的某种界面耦合在内的潜在机制尚未得到证实，然而，这些发现为探索基于两种完全非超导金属的异质结构中的拓扑超导性提供了一种新的方法。
在本文中，以钴熔剂为原料，制备了高质量的WC单晶。将化学计量的W和C与适量的Co放入石墨坩埚中，加热到1700℃，然后在氩气气氛中缓慢冷却到1400℃。将剩余的Co熔剂溶解在温盐酸溶液中去除。以金、铂、铁、钴、镍为靶材，采用溅射沉积法制备了WC单晶上的金属薄膜。研究发现WC单晶与各种金属薄膜之间的界面具有普遍的超导性，实现了高达11.5 K的界面超导性。
图1 软点接触光谱法检测非磁性涂层WC单晶的超导性证据。
图2 磁性Co涂层WC的微分电导谱；
研究者在各种金属薄膜上，利用软点接触技术对薄膜进行了电导测量。在非磁性金、铂薄膜和铁磁性铁、钴、镍薄膜的点接触光谱中均观察到Andreev反射信号或临界电流效应，证明了界面超导电性的存在。为了进一步了解界面的超导性，研究者通过改变金属层的厚度进行了大量的接触点测量。研究发现，Co比Pt、Au、Ni和Fe更有利于诱导界面超导性，Co层的厚度在22 nm左右时，具有最佳性能超导性，但临界温度对薄膜厚度没有明显的依赖关系。当厚度超过60nm时，在1.8 K以下没有检测到超导信号。与常规超导体相比，感应超导与铁磁性材料的相容性表现出异常性质。
图3 温度和磁场的诱导超导演化。
图4 临界温度和上临界场
WC是一种高硬度、高化学稳定性的拓扑半金属。利用金属沉积代替硬点接触来实现WC上的超导性，可以进一步排除尖端压力或约束效应作为这种界面超导性的主导状态。在拓扑半金属上实现超导性，在拓扑超导器件的设计中具有潜在的应用前景，
为简单实用地研究拓扑超导性提供了一个广阔的平台。（文：水生）閱讀更多 材料material 的文章
