研究铜氧化物中丰富的量子物相随载流子浓度的演化可以为理解高温超导机理提供重要线索。近日，物理系张定助理教授、薛其坤教授指导博士生廖孟涵等人，成功发展出低温强磁场输运、隧穿谱学和固态离子背栅调节相结合的技术，观察到了机械剥离的铜氧化物（铋锶钙铜氧，Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ）薄膜的超导-绝缘相变，并利用石墨/铜氧化物异质结获得了在该过程中铜氧化物态密度演化的信息。研究成果以“机械剥离铋锶钙铜氧薄片的超导-绝缘相变”（Superconductor-Insulator Transitions in Exfoliated Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ Flakes）为题发表在8月17日的Nano Letters 期刊上。

       铜氧化物高温超导体随载流子浓度的改变而演化出高温超导、自旋/电荷密度波、莫特绝缘体等丰富的量子物态和物相，吸引了大量研究人员通过各种实验和理论手段开展研究，以期获得实现新型高温超导体的信息。然而，在实验中人们往往需要对不同掺杂浓度的样品进行逐个测量，这不仅影响了实验效率，也对掺杂浓度的控制工艺提出了严苛要求。在该工作中，薛其坤/张定研究团队利用离子固体调控技术，成功对单个铜氧化物样品实现了载流子浓度的连续调节，将样品从高温超导态调节到了母体绝缘态。他们分析了超导-绝缘相变过程中样品电阻的温度依赖关系，发现其满足二维量子相变的标度关系。

       通过搭建平面隧穿结，研究团队还探测了铜氧化物薄膜在超导-绝缘相变过程中的态密度演化。他们发现，在超导转变温度降低并最终进入绝缘态的过程中态密度逐渐降低，超导相干峰消失，赝能隙变大并出现向绝缘能隙转化的趋势。该工作展示了一种研究铜氧化物高温超导的新方法，提出的“顶栅隧穿+背栅离子调控”技术也可以拓展到其他二维材料的研究中。

       物理系2015级博士生廖孟涵为文章第一作者，清华大学姜开利教授和马旭村研究员，美国布鲁克海文国家实验室Gen-Da Gu教授参与了该项研究。合作者包括清华大学朱玉莹博士、张金博士和美国布鲁克海文国家实验室的Ruidan Zhong与John Schneeloch等。该项工作得到了国家自然科学基金、科技部和北京未来芯片技术高精尖创新中心等的支持。

       文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b02183