激子超导机制可行性获部分证实

科技日报讯 （洪恒飞 记者江耘）10月21日，记者从浙江大学获悉，该校信息与电子工程学院教授林时胜团队利用自制的微波等离子体化学气相沉积系统，成功制备出硼氮共掺杂的块体单晶金刚石，并成功通过迁移率调控，实现了金刚石的超导态和金属态，部分证实了激子超导机制的可行性，为实现碳基更高温超导提供了新路径。相关论文近日发表于国际期刊《先进功能材料》。

金刚石具有超宽禁带、超高击穿场强、熔点高及热导率高等物理性质。BCS理论是解释常规超导体超导电性的微观理论。该理论认为，声子通过与电子的相互作用，促使电子形成库珀对，进而形成超导电流，使材料进入超导态。科学家根据该理论推断，超导转变温度一般低于40K（约零下233摄氏度），这一温度又被称为麦克米兰极限。然而，有理论物理学家指出，利用激子来实现石墨烯等碳基材料中的耦合电子库珀对，也可能获得非常规高温超导体。

“激子指的是电子和空穴形成的复合体，超导则表明材料在某个温度下实现零电阻和完全抗磁性状态。”林时胜介绍，在金刚石中引入激子来实现非常规超导值得期待。

科研团队通过调节金刚石生长过程中的压强、温度以及气体掺杂比例等，制备得到的重掺杂金刚石表现出良好导电性，超导转变温度为3K（约零下270摄氏度）。通过调节缓冲层的生长参数，团队发现具有较高空穴迁移率的样品可以实现超导态。超导态的实现得益于局域束缚激子之间的强耦合。大尺寸单晶超导金刚石的制备，可为量子传感及量子计算研究提供坚实基础。

林时胜说，团队将石墨烯转移至硼氮共掺杂单晶金刚石表面，制备石墨烯/金刚石异质结后，发现石墨烯中也存在类似超导特性的新型电学传输行为。在27K（约零下246摄氏度）下，团队观测到石墨烯的电阻开始下降，这揭示了金刚石以及石墨烯通向更高温度超导的可行性。