迄今為止，人類已經(jīng)合成數(shù)十種銅基超導(dǎo)體，它們都具有相似的層狀原子結(jié)構(gòu)，核心結(jié)構(gòu)皆由銅氧面和由其他原子構(gòu)成的平面經(jīng)層層交替堆疊而成。銅基超導(dǎo)體的導(dǎo)電特性是否與其結(jié)構(gòu)有關(guān)呢？

研究團隊從一種具有代表性的銅基超導(dǎo)體——鉍鍶鈣銅氧（Bi-2212）出發(fā)，以氧化硅為襯底，成功得到大面積單層Bi-2212單晶。單層Bi-2212是一種對大氣及環(huán)境溫度極其敏感的材料，而目前的加工手段中，Bi-2212均不可避免地需要經(jīng)過液相化學(xué)環(huán)境處理，或進行不同程度的加熱，制備單層Bi-2212晶體猶如“天方夜譚”。

歷時一年多的試錯，該團隊探索出一套制備單層Bi-2212輸運器件的完整方案。在電極的制備過程中，研究團隊自主開發(fā)出微電極冷焊技術(shù)，將銦/金箔電極在低溫下直接與薄層樣品接合，所有的制備都在零下40攝氏度的惰性氣體環(huán)境中完成。

利用這一方案，單層Bi-2212單晶中的高質(zhì)量超導(dǎo)轉(zhuǎn)變第一次展現(xiàn)在團隊眼前。之后，團隊又在單層樣品中復(fù)現(xiàn)了塊體材料的相圖。實驗發(fā)現(xiàn)，在最佳摻雜狀態(tài)下，單層Bi-2212的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度與塊體材料的數(shù)據(jù)幾乎完全一致，差別在實驗誤差范圍之內(nèi)。結(jié)合輸運和掃描隧道顯微學(xué)及譜學(xué)數(shù)據(jù)，該團隊發(fā)現(xiàn)，二維極限下單層Bi-2212相圖中的超導(dǎo)態(tài)、贗能隙態(tài)、電荷密度波態(tài)以及模特絕緣態(tài)都與塊體行為保持一致。（卜葉、黃辛、范瓊、楊凡）