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眾所周知，物理學(xué)是研究物體間相互作用的學(xué)問。這句話很高大上，也很容易引起聯(lián)想：物體相互作用，無非就是那四種力：引力、電磁力、強(qiáng)/弱相互作用。如果討論的對象僅局限于凝聚態(tài)物理，則相距很遠(yuǎn)的物體之間相互作用，多以引力和電磁力這兩類長程力作為媒介 (其中電磁力比引力要大很多)。此時，即便整個系統(tǒng)比較復(fù)雜，所考慮的也畢竟是有限可數(shù)的物體間的風(fēng)云際會。因為物體相距很遠(yuǎn)，這些作用也就顯得相對簡單、直觀、精確可解，基本上可以被經(jīng)典物理學(xué)收拾得很好。也正因為如此，物理學(xué)的強(qiáng)大被反復(fù)渲染出來：自然科學(xué)似乎到此為止、無出其右了。

不過，當(dāng)兩個宏觀物體靠在一起，形成密切接觸的界面、并通過界面耦合而作用時，問題就變得復(fù)雜很多。首先，作用距離小很多，互作用增強(qiáng)到足夠撼動物體內(nèi)部的、原本牢不可破的原子分子結(jié)構(gòu) (這些原子分子互作用主要依靠電磁力)，絕對算是強(qiáng)中更強(qiáng)的物理。其次，互作用的對象不再是兩個物體，而是界面兩側(cè)內(nèi)部數(shù)不清的原子分子 (電磁力是長程力)。對如此數(shù)目浩大的個體集合，總不能真的去一一求取這些互作用并最后疊加起來，必須尋求解決問題的其它方法。于是，凝聚態(tài)物理有了自己的范式和方法，并以量子力學(xué)和固體電子理論為基石。所謂近鄰效應(yīng) (proximity effect)，大概就是從凝聚態(tài)物理范式出發(fā)來描述界面處有限尺度范圍內(nèi)互作用的代名詞。

穿插一句，包含大量界面的材料，事實上很早就有了，即兩相或多相復(fù)合材料。早期受關(guān)注的是復(fù)合材料 1 + 1 = 2 的材料科學(xué)內(nèi)涵，對界面效應(yīng)的量子層次理解，是逐漸推進(jìn)而來的。伴隨量子材料走向低維、小尺度和低能物理，被考慮的對象越來越小 (超薄異質(zhì)結(jié)、二維體系、微納復(fù)合結(jié)構(gòu)等)，界面的作用早已超越兩側(cè)材料簡單嫁接在一起的復(fù)合功能。界面近鄰效應(yīng)所起的貢獻(xiàn)越來越顯著，并演生出新物理和新性能，為復(fù)合材料的提升注入新活力。作為一個明確的研究方向，近鄰效應(yīng)正是基于此而演生出來。

圖 1. 固體近鄰效應(yīng) (proximity effects) 的幾個簡單示例。(A) 由自旋–軌道耦合 SOC 較強(qiáng)的重金屬 Pt 與鐵磁 CoFe₂O_4?組成的異質(zhì)結(jié)。其中界面處存在自旋注入效應(yīng)，是近鄰效應(yīng)之一種表現(xiàn)。(B) 典型的超導(dǎo)近鄰效應(yīng)實驗：金屬 Al 是常規(guī) s 波超導(dǎo)體。由 Al 制作的一對相距一定距離的超導(dǎo)叉指，貼在一層石墨烯上。位于 Al 叉指之間的石墨烯受到超導(dǎo)近鄰效應(yīng)的影響，會展現(xiàn)庫珀對存在的特征。磁場 B 用于調(diào)控超導(dǎo) Al 的庫珀對密度。六角氮化硼 (hBN) 覆蓋于 Al 叉指間的石墨烯上。

今天，已經(jīng)知道的近鄰效應(yīng)名目繁多、似乎有“罄竹難書”之態(tài)。量子材料人經(jīng)常提及的前沿名目，Ising 隨手拎來幾個：(1) 晶格匹配 (界面應(yīng)變)；(2) 界面能帶彎曲；(3) 界面交換耦合 (自旋注入、交換偏置等)；(4) 磁電耦合；(5) 界面二維電子氣；(6) 界面 Rashba 效應(yīng)；一直到這里要提及的 (7) 超導(dǎo)近鄰效應(yīng)。它們每一個都曾經(jīng)或依舊風(fēng)光無限、不一而足。圖 1 所示為近鄰效應(yīng)的兩個簡單示例，乃掛一漏萬之表達(dá)。

需要指出，雖然可歸屬“近鄰效應(yīng)”的名目很多，但那些持續(xù)受到關(guān)注的效應(yīng)，大多是因為它們有未來應(yīng)用的出口。如上所列的每一個效應(yīng)，要么誘發(fā)出新的效應(yīng)或功能，要么對提升性能、對克服已有關(guān)鍵難題，都起到了作用。現(xiàn)在，有些物理人甚至將“近鄰效應(yīng)”拔高到“界面即器件”的高度，雖然有“言過其實”之虞。

作為超導(dǎo)近鄰效應(yīng)的前沿課題，最近一些年，構(gòu)建“拓?fù)涑瑢?dǎo)”是其中一個范例。這里不妨以此為示例，來渲染一番超導(dǎo)近鄰效應(yīng)的動人之處。拓?fù)涑瑢?dǎo)，粗暴地理解，乃是一種兼具超導(dǎo)和非平庸拓?fù)浣饘賾B(tài)的新物態(tài)。最直觀的例子，即一個體系其內(nèi)部是平常超導(dǎo)態(tài)，其表面則既是拓?fù)浞瞧接沟慕饘賾B(tài)，也是非平庸超導(dǎo)態(tài) (即有超導(dǎo)能隙，如 p ?波超導(dǎo)態(tài))，如圖 2(A) 所示。當(dāng)然，這個表面可以是體系外表面，也可以是超導(dǎo)磁渦旋中心附近，甚至是超導(dǎo)弱連結(jié)處。對拓?fù)涑瑢?dǎo)的一些初步認(rèn)知，曾經(jīng)誘使 Ising 班門弄斧，寫過一些讀書筆記。其中一篇是《》(點擊即可閱讀)，有興趣的讀者可以御覽一二。

拓?fù)涑瑢?dǎo)之所以重要，除了將超導(dǎo)與拓?fù)溥@兩大凝聚態(tài) / 量子材料的前沿效應(yīng)聯(lián)姻起來之外，最直接的驅(qū)動力就是量子計算的需求。已經(jīng)有方案預(yù)言，馬約拉納 (Majorana) 費米子和零能模是幾乎永遠(yuǎn)不會出錯的量子計算理想載體，雖然依然有物理人對此表示質(zhì)疑。而這一費米子，因為其“反粒子即是自己”的雙面人形態(tài)，宇宙之間極為稀少，卻被預(yù)言可能以“準(zhǔn)粒子”形式出現(xiàn)在拓?fù)涑瑢?dǎo)體中：存在于具有超導(dǎo)能隙 + 無能隙半金屬的表面態(tài)處。就實驗測量而言，這一準(zhǔn)粒子最直接的表象就是，在 STM / STS 之 (dI/dV) 能譜中，位于零偏壓處 (即超導(dǎo)能隙中心位置) 附近，會出現(xiàn)零能模態(tài) (dI/dV 尖峰)。圖 2(A) 清晰地展示了這一物理，感興趣讀者可前往閱讀原文。

其實，拓?fù)涑瑢?dǎo)畢竟是一種嶄新的物態(tài)，要從現(xiàn)有超導(dǎo)體中尋覓蹤跡殊為不易。已發(fā)現(xiàn)的成千上萬超導(dǎo)體中，極少有拓?fù)涑瑢?dǎo)體。要從現(xiàn)有的拓?fù)淞孔硬牧先缤負(fù)浣^緣體和外爾半金屬中找到，也十分困難。這些拓?fù)鋺B(tài)雖然展示出無能隙的狄拉克半金屬表面態(tài)或體態(tài)，但地毯式搜索也很少發(fā)現(xiàn)能容納超導(dǎo)能隙的體系。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的拓?fù)涑瑢?dǎo)化合物不多，以圖 2(A) 所示來自中科院物理所丁洪老師他們的工作為知名。物理人經(jīng)常會疑慮：拓?fù)涑瑢?dǎo)體在自然界中到底存不存在？似乎也還沒有那么肯定或者否定的答案！

圖 2. 拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)的科普圖像：(A) 日本東京大學(xué) (S. Shin 團(tuán)隊) 和中科院物理所 (丁洪團(tuán)隊) 合作在鐵基超導(dǎo)中觀測到拓?fù)涑瑢?dǎo)表面態(tài) (TSC 態(tài)) 的示意圖，包括磁渦旋和鐵磁疇壁處形成的馬約拉納零能模 (Majorana modes on the edge)。這是本征的拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)。(B) 在一個由 s 波超導(dǎo)體 (位于上方的 S 層) 與拓?fù)浣^緣體 (位于下部的 topological insulator, TI 層) 組成的異質(zhì)結(jié)疊親結(jié)構(gòu)中，超導(dǎo) S 層中的自旋單態(tài)庫珀對，通過超導(dǎo)近鄰效應(yīng)注入到 TI 表面層中 (即 S – TI?界面處)。這里需要注意，所謂 TI 的表面態(tài)，指表面處的自旋傳輸動量是被鎖定的，即沿一個方向傳輸?shù)碾娮悠渥孕际峭虻?/span> (p 波超導(dǎo)的庫珀對就是自旋同向的電子配對)。這一內(nèi)稟性質(zhì)，會誘發(fā) TI 表層中那些從超導(dǎo) S 層滲透進(jìn)來的部分 s 波自旋單態(tài)庫珀對，轉(zhuǎn)變成 p 波三重態(tài)配對，從而實現(xiàn) s + p 波混合超導(dǎo)配對 (要是能全部變成 p 波配對，那就更好了)。具有馬約拉納費米子的拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)，可能在 TI 層表層中形成。

即便如此，量子計算還是太過吸引人。即便上游探索尚有未解之謎，還是有許多物理人直通通撲入到尋找拓?fù)涑瑢?dǎo)的浪潮中。最直接的途徑，就是從超導(dǎo)一側(cè)或拓?fù)浣^緣體一側(cè)去“構(gòu)造”拓?fù)涑瑢?dǎo)體。從拓?fù)浣^緣體一側(cè)，目前有：(1) 加壓拓?fù)浣^緣體，實現(xiàn)體態(tài)半導(dǎo)體向超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，形成具有超導(dǎo)能隙的拓?fù)浔砻鎽B(tài)；(2) 對拓?fù)浣^緣體進(jìn)行摻雜或調(diào)控，以實現(xiàn)超導(dǎo)拓?fù)浔砻鎽B(tài)。從超導(dǎo)體一側(cè)：(1) 早在 2001 年，加州理工那位著名的 Kitaev 教授就預(yù)言了 p 波超導(dǎo)中有馬約拉納費米子。(2) 特定超導(dǎo)體的表面態(tài)展現(xiàn)拓?fù)浒虢饘傩裕缰锌圃何锢硭『槔蠋熕麄兣c日本東京大學(xué)合作，在鐵基超導(dǎo)中觀測到的拓?fù)浔砻鎽B(tài)，即是天然的拓?fù)涑瑢?dǎo)體，如圖 2(A) 所示。(3) 2019 年前后，人民大學(xué)的盧仲毅老師他們也預(yù)言，四方結(jié)構(gòu) RhPb₂化合物可能是一種拓?fù)涑瑢?dǎo)體，雖然還未經(jīng)實驗充分證實。

這些實驗和理論探索，給了物理人很大激勵，雖然征程艱巨。例如，在 Sr₂RuO_4?中存在 p 波超導(dǎo)的預(yù)言，最近就被質(zhì)疑甚至被否定。現(xiàn)在的認(rèn)知是，要找到或?qū)崿F(xiàn)自旋三重態(tài) triplet 的 p 波超導(dǎo)，實在是太難了。有一抹轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在 2009 年。知名凝聚態(tài)理論學(xué)者傅亮和 Kane 教授他們預(yù)言，在 s 波超導(dǎo)與拓?fù)浣^緣體 (TI) 組成的異質(zhì)結(jié)中，超導(dǎo)近鄰效應(yīng)可能誘發(fā)拓?fù)浣^緣體一側(cè)出現(xiàn)無磁性 (spinless) 的 p 波超導(dǎo)。既然如此，超導(dǎo)近鄰效應(yīng)在界面處可能誘發(fā) Majorana 馬約拉納零能模出現(xiàn)。通過在異質(zhì)結(jié)界面處編織這一零能模，量子比特計算的方案似乎在原理上就成了。圖 2(B) 很粗略示意了其中的物理，圖題對此有簡單描述，雖然 Ising 作為外行都覺得太過粗略。

至此，利用超導(dǎo)近鄰效應(yīng)去尋找拓?fù)涑瑢?dǎo)、或者調(diào)控已有的 (拓?fù)?/span>) 超導(dǎo)電性，以超越 Kitaev 的 p 波超導(dǎo)本身，成為物理人追逐的白山黑水：s 波超導(dǎo)體很多，TI 拓?fù)浣^緣體亦不少，組合起來的異質(zhì)界面自然就很多。這一類拓?fù)涑瑢?dǎo)構(gòu)建方案，特別是超導(dǎo)近鄰效應(yīng)的探索，已成為當(dāng)下的主流方向之一，雖然其它方案也在被關(guān)注。

的確，包括幾家致力于發(fā)展量子信息技術(shù)的知名高科技企業(yè)在內(nèi)的研發(fā)團(tuán)隊，即開始介入此類拓?fù)涑瑢?dǎo)的探索。似乎微軟、IBM?和?Google?都有與國際知名高校及科研院所合作的項目，常有發(fā)布相關(guān)研究成果。這些結(jié)果，經(jīng)過時光考驗，正面呈現(xiàn)與負(fù)面質(zhì)疑均有、激動人心與讓人冷靜亦現(xiàn)。大模樣看去，介入其中的量子材料人很多，涉及的體系包括拓?fù)?/span> – 超導(dǎo)異質(zhì)結(jié)、超導(dǎo) – 超導(dǎo)異質(zhì)結(jié)，涉及的主題包括這些異質(zhì)結(jié)制備、表征和演生效應(yīng)。《npj QM》當(dāng)然不能置身事外，故而 Ising 作為編輯，對此有一些被動的、零散的、膚淺的了解。

這里姑且討論超導(dǎo)近鄰效應(yīng)的一個最基礎(chǔ)性問題：異質(zhì)結(jié)界面耦合的幾何模式。基于物理常識，既然是超導(dǎo)近鄰效應(yīng)，通過異質(zhì)結(jié)界面產(chǎn)生的科普圖像大概是：

(1) 超導(dǎo)層的庫珀電子對凝聚，一般會呈現(xiàn)一個有限的相干長度 L_c，即眾多庫珀對在空間的關(guān)聯(lián)長度。一般 BCS 超導(dǎo)體中，這一長度約為 ~ 10 nm，看起來范圍不小了。在此范圍內(nèi)，會有足夠高密度的庫珀電子對存在并在適當(dāng)溫度下凝聚而超導(dǎo)。

(2) 另一方面，超導(dǎo)庫珀對滲入到界面另一側(cè) (滲入層)，滲入的方式可以是隨機(jī)行走擴(kuò)散進(jìn)入 (diffusive regime)，也可以是彈道模式進(jìn)入 (ballistic regime)。假定電子平均自由程為 L_d，很顯然，L_d與 L_c之間并無必然的物理聯(lián)系，主要與界面層兩側(cè)的物態(tài)有關(guān)。

(3) 很容易推測或相信，一般情況下會有 L_d < L_c，即所謂 dirty limit 情況。在 L_d區(qū)域內(nèi)，會形成超導(dǎo)態(tài) (至少部分超導(dǎo))。(4) 例外的情況，可能會出現(xiàn)在特定異質(zhì)結(jié)組合，電子彈道模式 (ballistic regime) 滲入，近鄰效應(yīng)可能很強(qiáng)，導(dǎo)致 L_d > L_c的情況出現(xiàn)，即所謂?clean limit，其中物理值得關(guān)注。

有鑒于此，為實現(xiàn)超導(dǎo)近鄰，異質(zhì)結(jié)以疊層方式形成界面最為合理和高效，以最大化近鄰效應(yīng)，如圖 2(B) 所示 (平面異質(zhì)結(jié)疊層、同軸電纜時疊層、core – shell?式疊層，等等，均屬于此)。這也就是為什么幾乎所有沉迷于超導(dǎo)近鄰效應(yīng)的團(tuán)隊都采用這一方案的原因。所謂遠(yuǎn)親不如近鄰，這里的疊層結(jié)構(gòu)實在是太“近鄰”了，可以簡稱為“疊親結(jié)構(gòu)”。圖 3(A) / (B) 再展示兩個實例，表明這種疊親結(jié)構(gòu)被廣泛采用。

圖 3. 采用不同連接結(jié)構(gòu)的拓?fù)涑瑢?dǎo)異質(zhì)結(jié)實例：(A) 疊親結(jié)構(gòu)；(B) 疊親結(jié)構(gòu)；(C) 側(cè)邊連接結(jié)構(gòu)。

世間的事情其實未必如此最好。當(dāng)疊親太近太好，就可能產(chǎn)生齷齪：太過親密，于一方面很好，如對這里的超導(dǎo)庫珀對高效滲入有好處；但未必于另一方面也會好！所謂“禍起蕭墻”、“渡盡劫波兄弟在”，大概就是這個意思。最好的近鄰效應(yīng)，可能是相互之間維持一個合理的距離為佳。這里展示的疊層結(jié)構(gòu)，其所謂的另一方面，即指一些伴隨產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)：

(1) 界面失配：因為是疊親結(jié)構(gòu)，為實現(xiàn)界面最佳近鄰耦合，界面共格可能是自然要求。這一要求，給制備帶來挑戰(zhàn)，也因此排除掉很多組合。晶格匹配引發(fā)的應(yīng)變或界面失配引發(fā)的晶格缺陷，可能對近鄰效應(yīng)都影響，進(jìn)而影響拓?fù)涑瑢?dǎo)的實現(xiàn)和效能。

(2) 化學(xué)擴(kuò)散：疊親結(jié)構(gòu)，界面緊密相連，制備或后續(xù)處理過程中兩層之間化學(xué)互擴(kuò)散可能也是一個問題。因為超導(dǎo)近鄰效應(yīng)的實現(xiàn)窗口本來就很小，這樣的互擴(kuò)散問題會讓近鄰效應(yīng)打更多折扣。

(3) 表征探測：疊親結(jié)構(gòu)，很大程度上遮蓋了界面，界面兩側(cè)異質(zhì)層的存在給直接探測界面信號帶來技術(shù)挑戰(zhàn)！實際探測得到的信號來自異質(zhì)層三個部分復(fù)合 (信號混搭)。如果再加上外場作用，要表征近鄰效應(yīng)就會攜帶更多復(fù)雜性。事實上，一些報道的實驗觀測，的確存在數(shù)據(jù)提取的問題。從這個意義上，取得盡可能靠近異質(zhì)結(jié)界面處的馬約拉納零能模信號，就是一個挑戰(zhàn)。而這本身，也成為一件“仁者見仁智者見智”的事情！

需要指出，對這類疊親結(jié)構(gòu)的天然偏愛，并非就一定是理所當(dāng)然的。從諸如超導(dǎo)近鄰效應(yīng)的角度看，疊親結(jié)構(gòu)效果應(yīng)該最高，其它結(jié)構(gòu)也不是沒有。但是，對異質(zhì)結(jié)拓?fù)涑瑢?dǎo)，幾乎所有嘗試都是采用如此疊親結(jié)構(gòu)。此時，異質(zhì)結(jié)界面束縛、擴(kuò)散和信號混搭等問題的存在，對實驗結(jié)果就有較大影響。

既然有此問題，那不妨探索一下其它連接結(jié)構(gòu)，例如從側(cè)邊連接的結(jié)構(gòu)，如圖 3(B) 所示這般。乍一看，經(jīng)驗告訴我們，這種側(cè)邊近鄰應(yīng)該不是最好的方式，因為異質(zhì)結(jié)接觸面太小、近鄰效應(yīng)有效的區(qū)域會很窄。不過，經(jīng)驗未必總是對的，因為 Ising 自己就有一次類似的體驗。2000 年前后，磁電材料學(xué)界在清華大學(xué)南策文老師提出的理論啟示下，興起了一股壓電 – 壓磁復(fù)合實現(xiàn)磁電耦合的研究熱潮。那時候，大多數(shù)復(fù)合的理念就如這超導(dǎo)近鄰效應(yīng)一般：復(fù)合界面面積越大越好，因為壓電 – 壓磁耦合是通過力學(xué)振動來傳遞磁電效應(yīng)的。事實上，這一理念也的確被認(rèn)為很有成效。

2003 年前后，Ising 的同事萬建國教授，反其道而行，嘗試用壓電片狀單元 – 壓磁片狀單元從側(cè)邊連接。組成的磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，反而具有當(dāng)時最大的磁電耦合輸出(JAP 93, 9913 (2003), https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1577404)。那時候我們就明白，磁電耦合的核心是力學(xué)共振，最好的效果應(yīng)該是兩類單元的共振狀態(tài)同步，而不是密切結(jié)合的界面面積有多大。

很顯然，對這里的超導(dǎo)近鄰效應(yīng)，高明的物理人別出心裁，發(fā)現(xiàn)類似的側(cè)邊連接比疊親連接似乎更好 (所謂“疊親不如側(cè)鄰”，就是這個意思)，令人敬佩。

來自清華大學(xué)的馬旭村教授和薛其坤教授團(tuán)隊 (簡稱馬 / 薛團(tuán)隊)，一直致力于超導(dǎo)近鄰效應(yīng)的創(chuàng)新性研究。他們最近成功地在同一襯底上制備出兩類不同超導(dǎo)體側(cè)邊連接的復(fù)合薄膜樣品，并在這一獨特結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)了所謂 clean limit 下的超強(qiáng)超導(dǎo)近鄰效應(yīng)。有意思的是，這一側(cè)邊連接雖然是針對超導(dǎo) – 超導(dǎo)近鄰效應(yīng)，但也展示了拓?fù)涑瑢?dǎo)的一些特征，從而也為拓?fù)涑瑢?dǎo)研發(fā)貢獻(xiàn)了一種可能方案。

圖 4. 馬旭村 / 薛其坤教授他們針對 Pb – RhPb₂側(cè)邊連接異質(zhì)結(jié)開展的超導(dǎo)近鄰效應(yīng)表征結(jié)果。

馬 / 薛老師他們?nèi)〉眠@一進(jìn)展，自然有其深思熟慮和新穎獨特之處。Ising 寫出如下幾條，只是讀書筆記而已，未必真的實事求是。不到或亂點之外，還請馬 / 薛老師他們諒解。

(1) 薛老師團(tuán)隊致力于 MBE 制備高質(zhì)量薄膜，大概有幾十年時間了。他們的水準(zhǔn)如果稱第二，大概未必有多少團(tuán)隊敢稱第一。記得是 2013 年，在于磁性拓?fù)浣^緣體中實驗發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)工作之后，薛老師曾經(jīng)作為中國物理學(xué)會的宣講大使來南京宣講他們的工作。令人印象深刻的是，他們運(yùn)用晶體生長熱力學(xué)動力學(xué)的獨特調(diào)控原理，最終實現(xiàn)大面積、無點缺陷的外延超薄膜制備。這一超高質(zhì)量樣品，對于壓制拓?fù)浣^緣體中的體態(tài)電導(dǎo)具有關(guān)鍵意義。注意到，點缺陷的存在，是熱力學(xué)自發(fā)效應(yīng)，能夠做到?jīng)]有點缺陷，的確展示出他們在高品質(zhì)量子材料制備上的獨到之處，值得渲染。

(2) Pb 是常規(guī) s 波超導(dǎo)體。對少層 Pb 制備和超導(dǎo)電性，薛老師他們算得上駕輕就熟，很多年前就實現(xiàn)了 Pb 單層可控生長。正交 / 四方 RhPb₂化合物也是一種超導(dǎo)體，且盧仲毅老師預(yù)言它還可能是拓?fù)涑瑢?dǎo)體。因此，探索看看 Pb – RhPb_2?異質(zhì)結(jié)，可能是探索超導(dǎo)– 超導(dǎo)和超導(dǎo) – 拓?fù)洚愘|(zhì)結(jié)中近鄰效應(yīng)的良好平臺。

(3) 馬 / 薛老師他們挑選 RhPb₂這一化合物，Ising 斗膽猜測，最開始的動機(jī)也許就是探索其拓?fù)涑瑢?dǎo)效應(yīng)。最終，他們運(yùn)用高超的 MBE 制備技術(shù)，在同一片雙層石墨烯 / SiC (0001) 襯底 (bilayer-graphene / SiC (0001) substrate) 上完成了外延 Pb 和外延 RhPb₂的共存生長，實現(xiàn)了外延 Pb 相與 RhPb₂相的側(cè)邊連接，如圖 4 所示。從生長機(jī)理上看，MBE 使用 Pb 和 Rh 作為 MBE 源，只要適當(dāng)控制兩者的比例和制備條件，就能實現(xiàn)它們的共存外延。從大量包含 Rh 的二元類似體系相圖上看，RhPb₂屬于典型的金屬間化合物，因此純 RhPb₂相與純 Pb 相共存并非一個難以達(dá)到的目標(biāo)。這一熱力學(xué)推測，與外延 Pb 島和外延 RhPb₂島相生生長的實驗事實吻合。

(4) 雙層石墨烯 / SiC (0001) 襯底，實際上就是石墨化的 SiC 襯底，利于 Pb 和 RhPb_2?在其上外延。他們獲得的樣品中，Pb 和 RhPb₂薄膜厚度大約 15 – 30 nm，兩相連接的側(cè)邊面積并不小。正因為連接界面是垂直的，便利于用 STM / STS 針尖直接探測界面附近的量子物態(tài)信息。與疊親結(jié)構(gòu)比較，這里探測的信號純凈、直接、空間分辨好、信噪比高。

基于 STM / STS 對 Pb – RhPb₂異質(zhì)結(jié)側(cè)邊附近開展的平面掃描實驗，馬 / 薛老師他們得到的結(jié)果豐碩。這里不妨摘錄幾條，而個中細(xì)節(jié)，讀者可移步他們的論文御覽：

(A) 與單純的 RhPb₂薄膜 (i-RhPb₂) 比較，四周被 Pb 包圍的 RhPb₂區(qū)域 (p-RhPb₂) 之超導(dǎo)能隙對稱性和大小出現(xiàn)了變化，顯示出 Pb 通過側(cè)面連接施加的近鄰效應(yīng)顯著。

(B) 超導(dǎo)近鄰波及區(qū)域很大，遠(yuǎn)大于 RhPb₂本身的超導(dǎo)相干長度，可達(dá)數(shù)百 nm 以上，超越了所謂的dirty limit，堪稱所謂的長程近鄰效應(yīng) (long-range proximity, LRP)。施加于薄膜法向的磁場，可以在 RhPb₂島中誘發(fā)出磁渦旋 (Abrikosov vortex cores) 和零能峰 (zero-bias conductance peak, ZBCP)，也意味著體系趨近所謂的超導(dǎo) clean limit。

(C) 偏離 RhPb₂中的 Abrikosov 渦旋中心時，ZBCP 并無劈裂現(xiàn)象，可能預(yù)示出零能峰源于 RhPb₂的拓?fù)涑瑢?dǎo)特性。Pb – RhPb_2?界面超導(dǎo)近鄰效應(yīng)，對這一 ZBCP 特征有明顯影響。更進(jìn)一步，RhPb_2?中庫珀對的旋轉(zhuǎn)對稱性發(fā)生破缺，Abrikosov 磁渦旋形貌亦出現(xiàn)明顯畸變。

行文至此，Ising 需要給這篇啰啰嗦嗦的推文做一個了結(jié)。超導(dǎo)近鄰效應(yīng)，原本給物理人留下印象，即界面結(jié)合越密切，近鄰效應(yīng)效果越好。馬旭村和薛其坤老師他們的結(jié)果展示出，通過巧妙的材料制備手段制造出的側(cè)面連接超導(dǎo) – (拓?fù)?/span>) 超導(dǎo)異質(zhì)結(jié)，似乎有更強(qiáng)的超導(dǎo)近鄰效應(yīng)，即所謂的“長程近鄰效應(yīng) LRP”。由于庫珀對存在本身就是能標(biāo)很低的物理，能夠有如此顯著的 LRP 效應(yīng)，令人意外。這是一項集巧妙設(shè)計、高超制備技術(shù)和出乎意料結(jié)果于一體的實驗工作，雖然 Ising 在這里有拔高渲染之嫌。超導(dǎo)近鄰，可能還有更多出乎意料的效應(yīng)，應(yīng)該是人工量子材料研發(fā)的富礦區(qū)，值得挖掘。

蝶戀花·江南海棠

曉入園空心入定

猶似希聲，幾抹川紅影

羞展稚顏枝上請。施朱吐白開成并

卻作旁觀枯欲醒

環(huán)點榛叢，獨見君清映

春帝早頒千道令。江南茂苑仍凝靜

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超導(dǎo)近鄰 ── 疊親不如側(cè)鄰？

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