中国科大揭示天然超导异质结电子结构

IT时代网10月25日消息，中国科学技术大学陈仙辉、何俊峰教授研究团队联合国内外合作者，在天然超导异质结 4Hb-TaS₂ 的电子结构研究中取得进展，相关成果于 10 月 21 日发表于《美国国家科学院院刊》。

4Hb-TaS₂ 是一种由不同物性的原子级薄层堆叠而成的天然异质结，近年在该体系中陆续发现手性超导、向列相超导、拓扑表面超导以及反常磁记忆效应等现象。主流理论观点认为，这些新物性源于材料中 1T-TaS₂ 层在低温下形成电荷密度波，并在费米能附近诱导出一条平带，使电子动能被强烈抑制。不过，这一关键预期长期缺少能量—动量空间中的直接实验证据。

研究团队利用小光斑高分辨率角分辨光电子能谱，对该单晶解理后出现的 1H 与 1T 两种解理面分别开展精细测量，成功区分了表层 1T-TaS₂ 层与材料内部该层的电子结构，并在能量—动量空间直接观测到理论预言的平带，其能量位置与前期理论计算、扫描隧道谱结果高度吻合。

实验同时显示出意外之处：这条靠近费米能的平带只存在于平移对称性破缺的表面 1T-TaS₂ 层中，材料内部的 1T-TaS₂ 层由于具有更高的空穴掺杂水平，其平带远高于费米能，无法为体系提供电子关联。这意味着当前流行的理论图像只能解释该体系的表层物性，无法解释体材料表现出的宏观物理性质。

在此基础上，团队进一步开展变温与原位碱金属表面掺杂研究。结果显示，平带与电荷密度波能隙在相应转变温度以上依然存在，提示体系可能存在由表面短程电荷密度波序导致的赝能隙行为；随着钾表面掺杂持续引入，其诱导出的新平带与原空穴型能带朝相反的能量方向移动，揭示出巡游电子的重要作用。

研究人员表示，上述结果为理解该异质结中多种电子序的反常共存以及表面与体材料物性的显著差异提供了全新视角。中国科大为论文第一单位，该校博士生孙秀鹏、魏志远为共同第一作者，陈仙辉、何俊峰为论文共同通讯作者。

编辑：林一舟