交大公布"实验证实超导态'分段费米面'"科研成果

    上海热线讯：众所周知，手机、电脑用的时间长了会变热，这是因为普通导体有电阻，所以在导电的同时会发热。而超导体的神奇之处在于它没有电阻，导电的时候不发热。市面上在用的高压输电线是普通导体，电从发电厂传输到家里的过程中，很大一部分电能因为导线发热被浪费掉了，如果换成超导输电能够节省大量的能源。

    4月12日下午，上海交通大学贾金锋、郑浩团队召开"实验证实超导态'分段费米面'"科研成果新闻发布会，详细介绍了超导态"分段费米面"的研究结果和学术价值，并强调将拓扑绝缘体表面态费米速度大的优势，跨领域的应用到超导研究中来，是解决问题的关键。

    据介绍，就像一瓶半满的水能看到水面一样，一个半满的能带也能观测到"电子面"，物理术语叫"费米面"。具体来说，在固体能带中，能量低于费米面的态都被电子填充，高于费米面的态都空置。所以，一个固体材料有没有费米面会决定它很多物理性质，包括是否导电，是否透光等等。

    大量研究表明，超导体虽然导电（而且是零电阻导电），但是却没有费米面。因为超导体中承担导电任务的不是单个电子，而是两个电子组成的库伯对。1965年德国物理学家Peter Fulde理论预言，让超导体中库珀对动起来，如果速度足够快，就有可能在原本没有费米面的超导体中产生出一种特殊的"分段费米面"。然而，对多数单一超导材料中，库珀对速度太大会直接破坏超导态。实现 "分段费米面"在实验上十分困难，虽然一直有人尝试，但未能取得突破。

    上海交通大学贾金锋、郑浩团队与麻省理工学院傅亮团队合作，设计制备了拓扑绝缘体/超导体（Bi2Te3/NbSe2）异质结体系，借助超导近邻效应在Bi2Te3中诱导出超导，得益于Bi2Te3拓扑表面态的费米速度极高的独特优势，只需要很小的库伯对速度，就实现并观察到了预言中的"分段费米面"。

    研究表明，拥有"分段费米面"的超导体，可以实现正向零电阻导电，反向非零电阻导电的独特现象（约瑟夫森二级管效应），可以用来构建超导计算机，实现无能耗的高效计算。另外，还可以为例如有限动量超导、库伯对密度波等很多具有重要物理学理论研究价值的课题提供关键的研究载体。

    团队还表示，未来将会以具有"分段费米面"的超导体为平台，探索构筑新型拓扑超导态和实现超导二极管效应等重要物理效应的可能性。

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