一种空气稳定且原子级薄的石墨烯/镓超导异质结构
超导电性
2019-06-04 v2 材料科学
摘要
若能在环境条件下稳定并集成到异质结构器件中，二维层状且原子级厚的单质超导体可能成为下一代量子技术的关键要素。然而，由于快速氧化，原子级薄的单质超导体在超高真空之外基本未被探索，甚至二维层状超导体也需要复杂的封装策略来维持材料质量。在此，我们展示了在环境稳定的、单晶的、几个原子厚度的超导镓（2D-Ga），其由外延石墨烯（EG）与碳化硅（SiC）界面处的限域异质外延（CHet）制备而成。2D-Ga在4 K时变为超导；相较于块体α-Ga（Tc~1 K）的此提升主要归因于费米能级处态密度的增加，因为α-Ga中出现的初始Ga-Ga二聚化被对外延至SiC的取向生长所抑制。我们还展示了在插层前控制SiC表面形貌（即台阶高度）以及石墨烯层中的缺陷工程对于实现具有各向同性输运性质的大面积均匀2D-Ga层的重要性。该工作表明，三维材料的独特二维形式可在EG/SiC界面处稳定，这代表了一条通向空气稳定晶态二维超导体作为下一代量子技术潜在基础的可扩展路径。
引用
@article{arxiv.1905.09938,
title = {An Air-Stable and Atomically Thin Graphene/Gallium Superconducting Heterostructure},
author = {Brian Bersch and Natalie Briggs and Yuanxi Wang and Jue Jiang and Ke Wang and Chengye Dong and Shruti Subramanian and Mingming Fu and Qiang Zou and Ya-Wen Chuang and Zheng Gai and An-Ping Li and Jun Zhu and Cui-Zu Chang and Vincent H. Crespi and Joshua A. Robinson},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.09938},
year = {2019}
}
备注
V1: 11 pages of main text with 3 figures, 17 pages of supplemental with 13 figures; V2: Reference added (Ref16), reference updated (Ref15), reference removed (formally Ref30 in V1)