超導性是指一種電阻為零的現象，是指導電材料在溫度接近絕對零度的時候，材料電阻趨近于0的特別性質。研究超導對于人們的生活和理論研究都具有十分重要的意義。目前，超導已經在各種領域得到了廣泛的應用：核磁共振成像、磁約束核聚變裝置和高能加速器等等。目前的挑戰是，超導材料需要在十分低溫的環境中使用才行，從而限制了材料的使用。因此，發掘新的超導材料一直以來都是物理界和材料界的重要話題，也是困擾領域的一大難題。這篇文章匯總了2020年上半年Nature&Science上的關于超導研究的文章，大家一起來看看吧。

1.Nature:250開爾文超導氫化鑭中的量子晶體結構

在高壓下在硫化氫系統中于200開爾文處發現超導性，證明了富氫材料作為高溫超導體的潛力。最近關于具有氫籠的稀土氫化物的理論預測以及隨后以250開爾文的超導臨界溫度（Tc）合成LaH10的研究將這些材料置于實現室溫超導這一長期目標的邊緣。電和X射線衍射測量顯示，LaH10的微弱壓力依賴性Tc在137至218吉帕斯卡之間，該結構具有鑭原子的面心立方排列。

羅馬大學的Jose A. Flores-Livas證明了在此壓力范圍內，量子原子的波動穩定了高度對稱的Fm3m晶體結構。該結構與實驗結果一致，并且具有非常大的3.5的電子-聲子耦合常數。盡管從頭算起經典的計算表明，該Fm3m結構在230吉帕斯卡以下的壓力下會發生變形，產生復雜的能量分布，但量子效應的包含表明它是真正的基態結構。計算的Tc值與實驗Tc值之間的一致性進一步表明，該相是在250開爾文溫度下觀察到的超導性的原因。量子動力的相關性使人們對經典方法中氫化物的許多晶體結構預測提出了質疑，這些預測目前指導了對室溫超導性的實驗探索。此外，作者發現量子效應對于具有高電子-聲子耦合常數的固體的穩定化至關重要，否則，由于電子-聲子的大相互作用可能會使穩定化，從而降低了合成所需的壓力。

文獻鏈接：

Quantum crystal structure in the 250-kelvin superconducting lanthanum hydride.

（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-1955-z）

2.Science: Bi2Sr2CaCu2O8+x帶隙的原子操縱

摻雜相關電子系統中的單原子操作可以幫助弄清摻雜劑，結構缺陷和晶體學特征對局部電子態的影響。不幸的是，這些材料中的高擴散阻擋層阻止了常規的操縱技術。

CNRS的F. Massee證明了使用掃描隧道顯微鏡尖端的局部電場可逆地操縱最佳摻雜的高溫超導體Bi2Sr2CaCu2O8+x中的選擇位點的可能性。結果表明當單個Bi原子在表面上移動時，與超導相關的譜隙可逆地變化多達15毫電子伏特。這個模型捕獲了所有觀察到的特征，表明該電場在CuO2平面中引起局部配對電位的橫向運動。

文獻鏈接：

Atomic manipulation of the gap in Bi2Sr2CaCu2O8+x.

（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.aaw7964）

3.Science:在鐵基超導體中分散一維Majorana通道的證據

在凝聚態物理中將Majorana費米子作為準粒子激發來實現的可能性令人興奮。大多數研究都集中在Majorana的約束狀態。但是，也已經預測了具有線性色散的Majorana狀態的傳播。

伊利諾伊香檳分校的Vidya Madhavan報道了FeSe0.45Te0.55中的晶疇壁（DWs）的掃描隧道光譜測量。作者找到了DW，晶格結構在這些DW上移動了一半單位晶胞。這些DW在超導間隙中具有有限的平坦狀態密度，這是一維線性分散模式的標志。相關超導體FeSe的DW中不存在此簽名，該超導體不在拓撲階段。綜合數據與在近似拓撲材料中p相移DW分散馬約拉納狀態的觀察結果一致。

文獻鏈接：

Evidence for dispersing 1D Majorana channels in an iron-based superconductor.

（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.aaw8419）

4.Science:Weyl超導體MoTe2中邊緣超電流的證據

長期以來，超導體中的邊緣超電流一直是一個難以捉摸的目標。在拓撲超導的背景下，對它們的興趣重新出現。普林斯頓大學的N.P.Ong報道了在韋爾超導體二碲化鉬（MoTe2）中存在穩健的邊緣超電流的證據。在磁場B中，磁通量量化生成邊緣凝結物的周期性調制，可觀察到這是臨界電流Ic與B的“快速模式”振蕩。快速模式頻率不同于大體積超電流顯示的傳統Fraunhofer振蕩。作者認為對于邊緣超電流，快速模式頻率會隨晶體面積的增加而增加。此外，解決了弱激發分支，顯示出異常的對稱性。

文獻鏈接：

Evidence for an edge supercurrent in the Weyl superconductor MoTe2.

（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.aaw9270）

5.Science:鐵基超導體中渦旋零模的幾乎量化的電導平穩期

Majorana零模式（MZM）是具有非阿貝爾編織統計數據的空間局部零能量分數類準粒子，為拓撲量子計算提供了希望。由于顆粒與顆粒的等效性，MZM在低溫下表現出定量電導。通過使用可變隧道耦合掃描隧穿光譜，中科院物理所高鴻鈞、丁洪和張余洋研究了FeTe0.55Se0.45超導體上渦旋結合態的隧穿電導。作者報道了電導平臺的觀測值與零能渦旋束縛態的隧穿耦合有關的函數，其數值接近或什至達到2e2/h量子電導（其中e是電子電荷，h是普朗克常數）。相比之下，在有限能量渦旋結合態或超導間隙之外的電子態連續體中均未觀察到平穩狀態。零模電導的這種行為支持FeTe0.55Se0.45中存在MZM。

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Nearly quantized conductance plateau of vortex zero mode in an iron-based superconductor.

（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.aax0274）

6.Science:銅酸鹽超導體中超導圓頂外的鐵磁序

根據常規觀點，銅酸鹽高溫超導體的非凡性能是由摻雜強相關的反鐵磁絕緣體引起的。高度摻雜的銅酸鹽（其摻雜超出了超導電性的圓頂范圍）被認為是常規的費米液態金屬。馬里蘭大學的Richard L. Greene報道了在電子摻雜的La2-xCexCuO4（LCCO）薄膜中，超過4開爾文的摻雜超過超導圓頂的流動鐵磁階的出現。鐵磁序的存在可以通過負的，各向異性的和磁滯的磁阻，磁滯的磁化以及極性克爾效應來證明，所有這些都是金屬中流動鐵磁的標準特征。這一令人驚訝的結果表明，過量摻雜的銅酸鹽受到電子相關性的強烈影響。

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Ferromagnetic order beyond the superconducting dome in a cuprate superconductor.

（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.aax1581）

7.Science:缺乏量子異常霍爾超導體裝置中手性Majorana模式的證據

耦合到s波超導體的量子異常霍爾（QAH）絕緣子預計將具有手性Majorana模式。最近的一項實驗將半量化的兩端電導平臺解釋為在毫米大小的QAH-鈮混合器件中這些模式的證據。但是，非Majorana語機制也可以生成相似的簽名，尤其是在無序樣本中。賓州州立大學的Moses H. W. Chan、Nitin Samarth和Cui-Zu Chang研究了在超導體和QAH絕緣子之間具有良好控制的透明界面的類似混合設備。當器件處于QAH狀態且磁化對齊良好時，兩端電導始終被量化一半。這個實驗提供了對QAH-超導體混合器件中觀察到的超導鄰近效應的全面理解，并表明半定量電導平臺不可能由具有高度透明界面的樣品中的手性Majorana費米子誘發。

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Absence of evidence for chiral Majorana modes in quantum anomalous Hall-superconductor devices.

（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2213-0）

8.Science:基于糾纏的具有超導量子位的單個磁振子的單發檢測

基于超導電路的混合系統的最新發展提供了利用不同自由度的工程量子傳感器的可能性。旨在控制和讀出磁有序系統中集體自旋激發的量子的量子磁能學為磁學研究和量子技術的發展提供了機遇。使用超導量子位作為量子傳感器，東京大學的Yasunobu Nakamura報道了在毫米級亞鐵磁晶體中檢測到單個磁振子的情況，量子效率高達0.71。該檢測基于靜磁模式與量子位之間的糾纏，然后是對量子位狀態的單次測量。該原理證明實驗建立了用于強磁學的單光子探測器。

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Entanglement-based single-shot detection of a single magnon with a superconducting qubit.

（Nature, 2020, DOI: 10.1126/science.aaz9236）

9.Nature:重費米子金屬UTe2中的手性超導

自旋三重態超導體是具有自旋1和奇偶校驗波函數的電子對的凝聚。三重態配對的一個有趣的表現是手性p波狀態，在拓撲學上是微不足道的，它為實現Majorana邊緣模式提供了自然的平臺。但是，三重態配對在固態系統中很少見，到目前為止，尚未在任何本體化合物中明確鑒定。考慮到配對通常是由鐵磁自旋動函數來介導的，因此，包含f-電子元素的鈾基重費米子系統既具有強相關性又具有磁性，被認為是實現自旋三重態超導性的理想選擇。

伊利諾伊香檳分校Vidya Madhavan介紹了最近發現的重費米子超導體UTe2的掃描隧道顯微鏡研究，該超導體的超導轉變溫度為1.6開爾文5。我們找到了共存近藤效應和超導性的特征，這些特征顯示了一個晶胞內競爭性的空間調制。在臺階邊緣處的掃描隧道光譜揭示了手性的能隙狀態的特征，據預測這些特征存在于拓撲超導體的邊界。結合現有數據表明UTe2中存在三重態配對，手性態的存在表明UTe2是手性三聯體拓撲超導性的強候選者。

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Chiral superconductivity in heavy-fermion metal UTe2.

（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2122-2）