透明胶带在半导体内诱发出高温超导现象

根据物理学家网络9月12日(北京时间)的报道，由多伦多大学物理学家领导的国际研究小组首次使用透明胶带在半导体中诱发高温超导。这种方法为开发可用于量子计算机的新设备和提高能源效率铺平了道路。相关论文发表在9月11日的《自然通讯》上。高温超导是一种物理现象，通常指液氮环境中某些物质的临界温度高于其他超导物质的超导性。然而，高温超导体指的是在液氮温度下不加热就能导电且不会损失能量的材料，通常也指在液氮温度以上超导的材料。它们目前用于低损耗电力传输，并可用作下一代设备(如量子计算机)的基本组件。

当人们在1911年发现超导体时，他们被其独特的性质所吸引，即零电阻、抗磁性和量子隧道效应。然而，在接下来的75年里，所有发现的超导体都只在极低的温度下表现出超导性。此外，只有特定的铁化合物和铜氧化物显示出高温超导特性，但是铜氧化物具有完全不同的结构和复杂的化学成分，这使得它们不能与普通半导体结合。因此，这类化合物的实际应用也受到很大限制，探索它们能产生的新作用尤为重要。例如，观察材料的邻近效应，即一种材料的超导性会导致其他邻近的普通半导体也产生超导性。因为基本的量子力学要求两种材料之间近乎完美的接触，所以这很难发生。

“通常情况下，半导体和超导体之间的界面材料需要经历复杂的生长过程才能形成，而且制造的工具比人类头发还细，”该研究小组的负责人、该校物理学家肯尼斯·博奇(Kenneth Bocchi)说。在这个测试中，这个接口是透明胶带的连接处。“研究小组使用透明胶带和载玻片将高温超导体放置在一种特殊类型的半导体拓扑绝缘体附近。拓扑绝缘体，像大多数半导体一样，有一个允许电荷移动的金属表面。这是因为拓扑绝缘体内部的电子能带结构类似于常规绝缘体，并且其费米能级位于导带和价带之间。另一方面，在拓扑绝缘体的表面上有一些特殊的量子态，它们位于体的带隙中，从而允许传导。因此，在这种新型半导体中也首次诱发了高温超导现象。