自從1911年問世以來，科學家對高溫超導的追逐已逾百年，不可不謂久矣！尤其是2017年MIT的研究團隊發現魔角石墨烯的超導性之后，超導再一次刷屏。我國在高溫超導領域的研究也長期處于國際科研前沿陣地，并取得了許多重大突破。
今天，我們簡要介紹的是，2019年以來，國際多個課題組在Nature和Science雜志發表的7篇超導，尤其是高溫超導有關研究成果，希望對相關領域研究人員有所啟發！
PS：由于編輯學識有限，難免疏漏和錯誤，本文僅作為一個簡單介紹，敬請大家閱讀原文。
1. Science：高溫超導中首次證實量子金屬態的存在！
2019年11月14日，電子科技大學張萬里、熊杰研究團隊通過與北京大學王健教授團隊、林熙研究員課題組、北京師范大學劉海文研究員、清華大學姚宏教授、美國布朗大學James M. Valles Jr 教授、Jimmy Xu教授等專家合作，首次在高溫超導納米多孔薄膜中完全證實了量子金屬態的存在。通過調節反應離子刻蝕的時間，在高溫超導釔鋇銅氧（YBCO）多孔薄膜中實現了超導—量子金屬—絕緣體相變。通過極低溫輸運測試發現，超導、金屬與絕緣這三個量子態都有與庫珀電子對相關的h/2e周期的超導量子磁導振蕩，證明量子金屬態是玻色金屬態，揭示出庫珀對玻色子對于量子金屬態的形成起到了主導作用。
參考文獻：
Chao Yang, Yi Liu et al. Intermediate bosonicmetallic state in the superconductor-insulator transition. Science 2019.
https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/13/science.aax5798.full
2. Nature：更接近室溫超導，250K新紀錄！
硫化氫和氫化鑭超導體的共同特征是：它們富含氫，并且超導性僅在高于約一百萬倍大氣壓的壓力下出現。在這些極端條件下，化學鍵可以大大改變，誘導形成不穩定的化合物。高壓似乎穩定了LaH化合物的形成，使其具有比在環境壓力下可達到的大得多的氫含量。有鑒于此，德國馬普化學所Drozdov團隊報道了當壓力壓縮到地球大氣壓超過一百萬倍時，氫化鑭化合物在250 K時就變成超導體，這是目前已知的最接近室溫的超導體。理論預測，在某些情況下具有低原子質量的元素可能導致高臨界溫度。氫是最輕的元素，對于高臨界溫度是最佳的；而用較重的同位素氘取代氫氣應該降低臨界溫度。Drozdov等人觀察到這種同位素效應，他們發現與鑭氫化物樣品相比，氘化鑭樣品的臨界溫度幾乎與理論預測的量相當。
參考文獻：
A. P. Drozdov, P. P. Kong, V. S.Minkov, S. P. Besedin, M. A. Kuzovnikov, M. I. Eremets et al. Superconductivityat 250 K in lanthanum hydride under high pressures. Nature 2019.
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1201-8
3. Nature：二維高溫超導新進展！
基于銅的氧化物材料的高溫超導體構成了復雜多樣的材料家族，但它們都共享分層的晶格結構。這個奇怪的事實引起了科學家的好奇心了：在隔離的單層氧化銅中，是否可以存在高溫超導性？如果存在，那么二維超導性和各種相關現象是否與它們的三維對應性不同。這個答案可能會為有關維數在高溫超導中的作用提供更多信息。有鑒于此，復旦大學Yuanbo Zhang、Liguo Ma和中科大Xian Hui Chen 等人開發了一種制造工藝，可獲得高溫超導體Bi2Sr2CaCu2O8+δ的本征單層晶體（Bi-2212；單層是指包含兩個CuO2平面的半晶胞）。研究人員發現，單層銅氧化物最高超導轉變溫度與最佳摻雜體的最高溫度一樣高。與傳統的二維超導體（如NbSe2）大大降低的轉變溫度相比，對轉變溫度缺乏尺寸影響無法滿足Mermin-Wagner定理的期望。單層Bi-2212的性能變得極為可調，對各種摻雜濃度下的超導性，擬能隙，電荷階數和莫特狀態的調查表明，這些相與本體中的相沒有區別。因此，單層Bi-2212顯示了高溫超導的所有基本物理原理。
參考文獻：
Yijun Yu et al. Cesium Lead InorganicSolar Cell with Efficiency beyond 18% via Reduced Charge Recombination. Nature2019.
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1718-x
4. Nature：魔角石墨烯中的超導研究新進展！
雙層石墨烯中，當一層相對于另一層以特定角度扭曲時，會產生超導現象。有鑒于此，來自西班牙巴塞羅那科技研究所的Dmitri K. Efetov課題組報道了具有高度一致的扭曲角的魔角扭曲雙層石墨烯器件的制造方法。隨著扭曲角無序度的減小，在四重自旋谷的簡并導帶和價帶的所有整數占據處都存在絕緣態。當ν≈-2時，在高達3 K的臨界溫度下觀察到超導性。在接近ν= 0和ν=±1絕緣狀態，研究人員還觀察到三個新的超導圓頂，它們的溫度要低得多。值得注意的是，在ν=±1時，發現Chern數非零的狀態。當ν= -1時，當施加大于3.6 tesla的垂直磁場時，絕緣態磁滯電阻明顯增強，這與磁場驅動的相變一致。這項研究為魔角扭曲雙層石墨烯的現象學提供了更詳細的解析，加深了我們對其新興性質的不斷發展的理解。
參考文獻：
XiaoboLu et al. Superconductors, orbital magnets and correlated states in magic-anglebilayer graphene. Nature 2019, 574, 653–657.
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1695-0
5. Nature：高溫超導新進展！
6. Nature：超導家族新成員！
為了探索銅基超導性的起源并不斷壯大超導家族，研究人員開始尋找研究具有相似晶體和電子結構的化合物，鎳化合物就是其中之一。最近，一種LaAlO3/LaNiO3超晶格結構，被提出用于產生具有單獨占據的人工層狀鎳酸鹽異質結構。在先前的相關實驗中觀察到的超導性的缺失至少部分地歸因于例如軌道的不完全極化。2019年8月23日，美國SLAC國家加速器實驗室Harold Y. Hwang和Danfeng Li等人報道了在無限層鎳酸鹽中觀察到超導性的現象，該無限層鎳酸鹽與無限層銅氧化物結構類似，超導家族再次迎來新成員！采用軟化學拓撲還原，通過還原鈣鈦礦前驅體相合成NdNiO2和Nd0.8Sr0.2NiO2單晶薄膜。盡管NdNiO2在低溫下表現出電阻上升，但電阻率，臨界電流密度和Nd0.8Sr0.2NiO2的磁場響應的測量表明超導轉變溫度為約9至15 K。因為這種化合物是一系列還原層狀鎳酸鹽晶體結構形成，表明這類鎳氧化物超導體的結構可能類似于銅氧化物。
參考文獻：
Danfeng Li et al. Superconductivity in an infinite-layer nickelate. Nature. 2019.
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1496-5
7. Science：Cu基高溫超導中電荷密度動態變化！
在所有具有高臨界溫度（Tc）的超導銅酸鹽系列中，都能觀察到電荷密度的調制。雖然其始終存在于相圖的欠摻雜區域和相對較低的溫度下，但其在多大程度上影響這些系統的不尋常特性，至今并不明晰。2019年8月30日，，意大利米蘭理工大學R. Arpaia和 G. Ghiringhelli等人研究了在Cu基高溫超導中電荷密度動態變化如何產生影響。研究人員使用共振X射線散射，仔細確定了在摻雜水平下YBa2Cu3O7-δ和Nd1+xBa2-xCu3O7-δ中電荷密度調制的溫度依賴性。除了先前已知的準臨界電荷密度波動之外，研究人員還分離了短程動態電荷密度波動。結果表明，其持續遠高于贗溫度T*，且只有幾個meV的能量，遍布在大面積的相圖中。
參考文獻：
R. Arpaia et al. Dynamical charge density fluctuations pervading the phase diagram of a Cu-based high-Tc superconductor,Science 2019, 365, 906-910.
https://science.sciencemag.org/content/365/6456/906
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