《Adv Mater》界面超導！拓撲半金屬碳化鎢單晶沉積

具有不同電子基態的材料之間的界面，已經成為創造和控制物質的新量子態的強大平臺。在這種新量子態中，界面上的鏡面對稱性破缺等其他效應可能會引入額外的電子態。在這些湧現的物理現象中，超導性是特別有趣的。近日，來自中國科學院物理研究所、中國科學院大學、安徽大學以及松山湖材料實驗室等合作研究表明，通過在

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907970

尋找拓撲超導體，是發現馬約拉納費米子和生成馬約拉納零模的關鍵步驟，它可以作為容錯量子計算的量子位。實現拓撲超導一般有兩種途徑。一種方案是建立基於混合結構的人工拓撲超導體，例如，利用s-波超導體和自旋非退化金屬之間的接近效應。另一種方案是尋找具有自旋三重態奇偶校驗對的本徵拓撲超導體。最近在碳化鎢(WC)上發現了尖端誘導超導現象，碳化鎢是一種新型的超硬拓撲半金屬。儘管包括局部壓力、約束效應以及針尖與樣品間的某種界面耦合在內的潛在機制尚未得到證實，然而，這些發現為探索基於兩種完全非超導金屬的異質結構中的拓撲超導性提供了一種新的方法。

在本文中，以鈷熔劑為原料，製備了高質量的WC單晶。將化學計量的W和C與適量的Co放入石墨坩堝中，加熱到1700℃，然後在氬氣氣氛中緩慢冷卻到1400℃。將剩餘的Co熔劑溶解在溫鹽酸溶液中去除。以金、鉑、鐵、鈷、鎳為靶材，採用濺射沉積法制備了WC單晶上的金屬薄膜。研究發現WC單晶與各種金屬薄膜之間的界面具有普遍的超導性，實現了高達11.5 K的界面超導性。

圖1 軟點接觸光譜法檢測非磁性塗層WC單晶的超導性證據。

圖2 磁性Co塗層WC的微分電導譜；

研究者在各種金屬薄膜上，利用軟點接觸技術對薄膜進行了電導測量。在非磁性金、鉑薄膜和鐵磁性鐵、鈷、鎳薄膜的點接觸光譜中均觀察到Andreev反射信號或臨界電流效應，證明了界面超導電性的存在。為了進一步瞭解界面的超導性，研究者通過改變金屬層的厚度進行了大量的接觸點測量。研究發現，Co比Pt、Au、Ni和Fe更有利於誘導界面超導性，Co層的厚度在22 nm左右時，具有最佳性能超導性，但臨界溫度對薄膜厚度沒有明顯的依賴關係。當厚度超過60nm時，在1.8 K以下沒有檢測到超導信號。與常規超導體相比，感應超導與鐵磁性材料的相容性表現出異常性質。

圖3 溫度和磁場的誘導超導演化。

圖4 臨界溫度和上臨界場

WC是一種高硬度、高化學穩定性的拓撲半金屬。利用金屬沉積代替硬點接觸來實現WC上的超導性，可以進一步排除尖端壓力或約束效應作為這種界面超導性的主導狀態。在拓撲半金屬上實現超導性，在拓撲超導器件的設計中具有潛在的應用前景，

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