10月21日，記者從浙江大學(xué)獲悉，該校信息與電子工程學(xué)院教授林時勝團隊利用自制的微波等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，成功制備出硼氮共摻雜的塊體單晶金剛石，并成功通過遷移率調(diào)控，實現(xiàn)了金剛石的超導(dǎo)態(tài)和金屬態(tài)，部分證實了激子超導(dǎo)機制的可行性，為實現(xiàn)碳基更高溫超導(dǎo)提供了新路徑。相關(guān)論文近日發(fā)表于國際期刊《先進功能材料》。

       金剛石具有超寬禁帶、超高擊穿場強、熔點高及熱導(dǎo)率高等物理性質(zhì)。BCS理論是解釋常規(guī)超導(dǎo)體超導(dǎo)電性的微觀理論。該理論認(rèn)為，聲子通過與電子的相互作用，促使電子形成庫珀對，進而形成超導(dǎo)電流，使材料進入超導(dǎo)態(tài)。科學(xué)家根據(jù)該理論推斷，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度一般低于40K（約零下233攝氏度），這一溫度又被稱為麥克米蘭極限。然而，有理論物理學(xué)家指出，利用激子來實現(xiàn)石墨烯等碳基材料中的耦合電子庫珀對，也可能獲得非常規(guī)高溫超導(dǎo)體。

       “激子指的是電子和空穴形成的復(fù)合體，超導(dǎo)則表明材料在某個溫度下實現(xiàn)零電阻和完全抗磁性狀態(tài)。”林時勝介紹，在金剛石中引入激子來實現(xiàn)非常規(guī)超導(dǎo)值得期待。

       科研團隊通過調(diào)節(jié)金剛石生長過程中的壓強、溫度以及氣體摻雜比例等，制備得到的重?fù)诫s金剛石表現(xiàn)出良好導(dǎo)電性，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為3K（約零下270攝氏度）。通過調(diào)節(jié)緩沖層的生長參數(shù)，團隊發(fā)現(xiàn)具有較高空穴遷移率的樣品可以實現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)。超導(dǎo)態(tài)的實現(xiàn)得益于局域束縛激子之間的強耦合。大尺寸單晶超導(dǎo)金剛石的制備，可為量子傳感及量子計算研究提供堅實基礎(chǔ)。

       林時勝說，團隊將石墨烯轉(zhuǎn)移至硼氮共摻雜單晶金剛石表面，制備石墨烯/金剛石異質(zhì)結(jié)后，發(fā)現(xiàn)石墨烯中也存在類似超導(dǎo)特性的新型電學(xué)傳輸行為。在27K（約零下246攝氏度）下，團隊觀測到石墨烯的電阻開始下降，這揭示了金剛石以及石墨烯通向更高溫度超導(dǎo)的可行性。