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　　4月12日(ri)下午(wu)，上海交通大(da)學(xue)賈金(jin)鋒、鄭浩團隊“實(shi)驗證實(shi)超導態‘分段費(fei)米面’”科(ke)研成果(guo)發布，該成果(guo)于近日(ri)入選(xuan)2022年度“中(zhong)國科(ke)學(xue)十(shi)大(da)進展”，是上海交通大(da)學(xue)時(shi)隔11年再次入選(xuan)中(zhong)國科(ke)學(xue)十(shi)大(da)進展。

　　上(shang)海交(jiao)通大學(xue)(xue)(xue)校務委(wei)員會專(zhuan)職副主任吳旦，中(zhong)國科學(xue)(xue)(xue)院(yuan)(yuan)(yuan)院(yuan)(yuan)(yuan)士、上(shang)海交(jiao)通大學(xue)(xue)(xue)物(wu)理與(yu)天(tian)文學(xue)(xue)(xue)院(yuan)(yuan)(yuan)教(jiao)授、李(li)政道研究所拓撲量子計算(suan)實驗平臺負責(ze)人賈金鋒(feng)，科研院(yuan)(yuan)(yuan)院(yuan)(yuan)(yuan)長(chang)曾小(xiao)勤，物(wu)理與(yu)天(tian)文學(xue)(xue)(xue)院(yuan)(yuan)(yuan)院(yuan)(yuan)(yuan)長(chang)向導，科研院(yuan)(yuan)(yuan)學(xue)(xue)(xue)術(shu)發(fa)展與(yu)成果處副處長(chang)丁蕾，物(wu)理與(yu)天(tian)文學(xue)(xue)(xue)院(yuan)(yuan)(yuan)教(jiao)授、李(li)政道研究所平臺建設學(xue)(xue)(xue)者鄭浩參加發(fa)布會。會議由上(shang)海交(jiao)通大學(xue)(xue)(xue)黨委(wei)宣(xuan)傳(chuan)部副部長(chang)李(li)厚銳主持。

　　賈金鋒院(yuan)士介紹成果(guo)整體(ti)情況。他表示，該項(xiang)成果(guo)是上海(hai)交大物(wu)理與天(tian)文學院(yuan)團隊(dui)(dui)多年工作的(de)積累和延續，2012年團隊(dui)(dui)制備出了拓(tuo)撲絕緣體(ti)/超(chao)導(dao)(dao)體(ti)異(yi)質結(jie)，證明了該體(ti)系(xi)為拓(tuo)撲超(chao)導(dao)(dao)，并在其(qi)中(zhong)觀(guan)察到了人們長期追(zhui)求的(de)馬約拉(la)納(na)零能模。這次(ci)的(de)成果(guo)是在該體(ti)系(xi)中(zhong)發現的(de)新現象，是對該體(ti)系(xi)持(chi)續不斷研究的(de)最佳回(hui)報(bao)。同時(shi)，該項(xiang)成果(guo)的(de)獲得也(ye)要感謝國家(jia)、學校及(ji)學院(yuan)對團隊(dui)(dui)工作的(de)長期持(chi)續支持(chi)。

　　鄭浩教授代表(biao)團隊(dui)對本次研(yan)究成(cheng)果作介紹。他詳(xiang)細介紹了超(chao)(chao)導(dao)(dao)態(tai)“分(fen)段費(fei)米面(mian)”的(de)(de)物理背景、實驗過程、研(yan)究結果和學術價值。強調(diao)將(jiang)拓撲絕緣體表(biao)面(mian)態(tai)費(fei)米速(su)度大的(de)(de)優勢，跨領域的(de)(de)應(ying)用到超(chao)(chao)導(dao)(dao)研(yan)究中來，是解決問(wen)題的(de)(de)關(guan)鍵。表(biao)示未來將(jiang)會(hui)以(yi)具有“分(fen)段費(fei)米面(mian)”的(de)(de)超(chao)(chao)導(dao)(dao)體為平臺，探(tan)索構筑新型拓撲超(chao)(chao)導(dao)(dao)態(tai)和實現超(chao)(chao)導(dao)(dao)二極管效(xiao)(xiao)應(ying)等重要(yao)物理效(xiao)(xiao)應(ying)的(de)(de)可(ke)能(neng)性。

　　向導對本次研究成果的發布表(biao)示熱烈祝賀(he)，并對學校的關心(xin)(xin)支持(chi)表(biao)示感謝。他回顧了賈金(jin)鋒院(yuan)士(shi)帶領團隊十(shi)余年磨一劍，不斷(duan)在拓(tuo)撲(pu)量子領域取(qu)得重大突破的過(guo)程，對其團隊潛心(xin)(xin)科(ke)研、攻堅(jian)克難(nan)、勇(yong)于創新(xin)的精神給予高度贊揚，他還表(biao)示，物理學科(ke)是科(ke)技的創新(xin)源(yuan)頭，對推動國(guo)(guo)民(min)經濟發展(zhan)、解決(jue)“卡(ka)脖子”問題，在國(guo)(guo)際競爭中爭取(qu)話語權等方面發揮重要作用(yong)，學院(yuan)將再接再厲，持(chi)續聚焦國(guo)(guo)家發展(zhan)戰略，堅(jian)持(chi)用(yong)“一流學科(ke)“和(he)”一流人才(cai)“支撐(cheng)起”雙(shuang)一流學院(yuan)“建設。

　　吳(wu)旦對這項科(ke)(ke)(ke)研(yan)成(cheng)(cheng)果的(de)重(zhong)要(yao)意義給予(yu)高度肯定，并代表學校(xiao)向兩(liang)位老師(shi)表示(shi)(shi)熱(re)烈祝賀。他強(qiang)(qiang)調，基(ji)(ji)礎(chu)研(yan)究是(shi)整個(ge)科(ke)(ke)(ke)學體(ti)系的(de)源頭(tou)，是(shi)所有技術問題的(de)總機關(guan)。高水(shui)平(ping)研(yan)究型大(da)(da)(da)學要(yao)把發展科(ke)(ke)(ke)技第(di)一(yi)(yi)(yi)生(sheng)產(chan)力(li)、培養人(ren)(ren)(ren)才(cai)第(di)一(yi)(yi)(yi)資源、增強(qiang)(qiang)創(chuang)新第(di)一(yi)(yi)(yi)動力(li)更(geng)好結合起來，成(cheng)(cheng)為(wei)基(ji)(ji)礎(chu)研(yan)究的(de)主力(li)軍和(he)重(zhong)大(da)(da)(da)科(ke)(ke)(ke)技突破的(de)生(sheng)力(li)軍，為(wei)培養更(geng)多杰出人(ren)(ren)(ren)才(cai)作貢(gong)獻(xian)。他表示(shi)(shi)，近年(nian)來學校(xiao)持(chi)續從三個(ge)方面強(qiang)(qiang)化基(ji)(ji)礎(chu)科(ke)(ke)(ke)研(yan)：一(yi)(yi)(yi)是(shi)繼(ji)續強(qiang)(qiang)化科(ke)(ke)(ke)研(yan)自主布局(ju)、提升基(ji)(ji)礎(chu)策源能力(li)；二是(shi)堅(jian)持(chi)目(mu)標導向和(he)自由探索兩(liang)條腿走路，推進科(ke)(ke)(ke)研(yan)組(zu)織模式(shi)范式(shi)創(chuang)新；三是(shi)堅(jian)持(chi)遵循科(ke)(ke)(ke)技創(chuang)新和(he)人(ren)(ren)(ren)才(cai)成(cheng)(cheng)長規(gui)律，構建健康良(liang)好科(ke)(ke)(ke)研(yan)生(sheng)態(tai)體(ti)系，全面釋放人(ren)(ren)(ren)才(cai)創(chuang)新活力(li)。大(da)(da)(da)力(li)弘(hong)揚“敢(gan)為(wei)人(ren)(ren)(ren)先、與(yu)日(ri)俱進、勇(yong)攀高峰、求真務實”的(de)創(chuang)新精神，為(wei)建設世界一(yi)(yi)(yi)流大(da)(da)(da)學貢(gong)獻(xian)基(ji)(ji)礎(chu)支(zhi)撐。

“實驗證實超導(dao)態‘分段(duan)費米(mi)面’”成果科(ke)普介紹

　　導體與絕緣體

　　我(wo)們撥開(kai)一(yi)段(duan)電(dian)(dian)線(xian)就會(hui)發(fa)現，它包括(kuo)了(le)中(zhong)間的(de)(de)(de)(de)金屬(shu)(shu)(shu)線(xian)和外(wai)面包裹的(de)(de)(de)(de)絕(jue)(jue)緣(yuan)層兩部分(fen)。金屬(shu)(shu)(shu)線(xian)負(fu)責傳導(dao)電(dian)(dian)流，絕(jue)(jue)緣(yuan)層負(fu)責把(ba)電(dian)(dian)流局限在金屬(shu)(shu)(shu)線(xian)中(zhong)，防止漏(lou)電(dian)(dian)。那為什么會(hui)有導(dao)體和絕(jue)(jue)緣(yuan)體的(de)(de)(de)(de)區別呢(ni)？固體物理學的(de)(de)(de)(de)研(yan)究發(fa)現，固體材(cai)料(liao)會(hui)有一(yi)種叫“能(neng)(neng)帶(dai)(dai)”的(de)(de)(de)(de)固有性質(zhi)，固體里(li)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子會(hui)按照(zhao)能(neng)(neng)量從低(di)到高的(de)(de)(de)(de)方(fang)式填充能(neng)(neng)帶(dai)(dai)。導(dao)體中(zhong)的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)帶(dai)(dai)沒有被(bei)(bei)填滿（半滿能(neng)(neng)帶(dai)(dai)），而(er)(er)絕(jue)(jue)緣(yuan)體的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)帶(dai)(dai)都是(shi)被(bei)(bei)填滿的(de)(de)(de)(de)（全滿能(neng)(neng)帶(dai)(dai)）。就像一(yi)個擠滿了(le)人(ren)(ren)的(de)(de)(de)(de)房(fang)(fang)間里(li)，人(ren)(ren)寸步難行(xing)，而(er)(er)一(yi)個空房(fang)(fang)間里(li)，人(ren)(ren)能(neng)(neng)夠自由走動一(yi)樣，擠滿電(dian)(dian)子的(de)(de)(de)(de)全滿能(neng)(neng)帶(dai)(dai)不能(neng)(neng)導(dao)電(dian)(dian)，而(er)(er)半滿能(neng)(neng)帶(dai)(dai)能(neng)(neng)夠導(dao)電(dian)(dian)。

　　另外，就(jiu)像一瓶(ping)半(ban)滿(man)的(de)水(shui)能(neng)看到水(shui)面(mian)一樣(yang)，一個半(ban)滿(man)的(de)能(neng)帶也能(neng)觀測到“電(dian)子(zi)(zi)面(mian)”，物理術語叫(jiao)“費(fei)米面(mian)”。具體來說，在固體能(neng)帶中，能(neng)量低于費(fei)米面(mian)的(de)態都被電(dian)子(zi)(zi)填充，高(gao)于費(fei)米面(mian)的(de)態都空(kong)置(zhi)。所(suo)以，一個固體材(cai)料有沒有費(fei)米面(mian)會決定它很多物理性質，包(bao)括是否導(dao)電(dian)，是否透(tou)光等等。

　　超導體

　　我們(men)的(de)手(shou)機、電(dian)腦用的(de)時間(jian)長了會(hui)變(bian)熱，這是因(yin)為普通導(dao)(dao)體(ti)(ti)有電(dian)阻，所以在(zai)導(dao)(dao)電(dian)的(de)同時會(hui)發(fa)熱。超(chao)(chao)導(dao)(dao)體(ti)(ti)的(de)神(shen)奇之(zhi)處在(zai)于它沒有電(dian)阻，導(dao)(dao)電(dian)的(de)時候不發(fa)熱。我們(men)現(xian)(xian)在(zai)用的(de)高(gao)壓輸(shu)電(dian)線是普通導(dao)(dao)體(ti)(ti)，電(dian)從(cong)發(fa)電(dian)廠傳輸(shu)到我們(men)家里(li)的(de)過程中，很(hen)大一(yi)部(bu)分(fen)電(dian)能(neng)(neng)因(yin)為導(dao)(dao)線發(fa)熱被(bei)浪費(fei)掉了，如果換成超(chao)(chao)導(dao)(dao)輸(shu)電(dian)能(neng)(neng)夠節(jie)省大量的(de)能(neng)(neng)源(yuan)。另外，超(chao)(chao)導(dao)(dao)現(xian)(xian)象(xiang)自從(cong)1911年被(bei)發(fa)現(xian)(xian)，到現(xian)(xian)在(zai)經(jing)過好幾代物理學家前赴(fu)后繼(ji)的(de)研究，產生(sheng)了大量的(de)重(zhong)要學術成果，光諾貝爾獎就得過5次之(zhi)多。但是，經(jing)過百余年的(de)研究，超(chao)(chao)導(dao)(dao)物理中仍(reng)然有些尚未解決(jue)的(de)課(ke)題，都是難(nan)啃的(de)硬骨(gu)頭。

　　分段費米面

　　大量研究表明(ming)，超(chao)(chao)導(dao)(dao)體(ti)(ti)雖然導(dao)(dao)電（而且是(shi)零電阻導(dao)(dao)電），但卻沒(mei)有(you)費(fei)米(mi)(mi)面(mian)(mian)(mian)(mian)。因為超(chao)(chao)導(dao)(dao)體(ti)(ti)中承擔(dan)導(dao)(dao)電任(ren)務的(de)(de)不是(shi)單個電子(zi)，而是(shi)兩個電子(zi)組成(cheng)的(de)(de)庫(ku)伯對。1965年德國物理學家(jia)Peter Fulde理論預言，讓超(chao)(chao)導(dao)(dao)體(ti)(ti)中庫(ku)珀(po)對動(dong)起(qi)來，如果速(su)度(du)足夠快，就有(you)可能在原本沒(mei)有(you)費(fei)米(mi)(mi)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)超(chao)(chao)導(dao)(dao)體(ti)(ti)中產生出(chu)一(yi)種特殊的(de)(de)“分(fen)段(duan)費(fei)米(mi)(mi)面(mian)(mian)(mian)(mian)”。然而，對多數單一(yi)超(chao)(chao)導(dao)(dao)材料中，庫(ku)珀(po)對速(su)度(du)太大會直(zhi)接破(po)壞超(chao)(chao)導(dao)(dao)態。實(shi)現 “分(fen)段(duan)費(fei)米(mi)(mi)面(mian)(mian)(mian)(mian)”在實(shi)驗上十分(fen)困難，雖然一(yi)直(zhi)有(you)人嘗試，但未能取得突(tu)破(po)。上海交通(tong)大學賈金鋒、鄭浩團(tuan)隊與麻省理工(gong)學院傅亮團(tuan)隊合(he)作(zuo)，設計制備了拓撲絕緣體(ti)(ti)/超(chao)(chao)導(dao)(dao)體(ti)(ti)（Bi2Te3/NbSe2）異質(zhi)結體(ti)(ti)系，借助超(chao)(chao)導(dao)(dao)近鄰效應在Bi2Te3中誘(you)導(dao)(dao)出(chu)超(chao)(chao)導(dao)(dao)，得益于(yu)Bi2Te3拓撲表面(mian)(mian)(mian)(mian)態的(de)(de)費(fei)米(mi)(mi)速(su)度(du)極高的(de)(de)獨特優勢，只需要很小(xiao)的(de)(de)庫(ku)伯對速(su)度(du)，就實(shi)現并觀察(cha)到了預言中的(de)(de)“分(fen)段(duan)費(fei)米(mi)(mi)面(mian)(mian)(mian)(mian)”。

　　研(yan)究表(biao)明，擁有“分段(duan)費米面”的(de)超(chao)導(dao)體(ti)，可(ke)(ke)以實(shi)現正向(xiang)零(ling)電阻導(dao)電，反向(xiang)非零(ling)電阻導(dao)電的(de)獨特現象（約瑟(se)夫森二級(ji)管效應），可(ke)(ke)以用(yong)來構建超(chao)導(dao)計算(suan)機(ji)，實(shi)現無能耗的(de)高(gao)效計算(suan)。另外(wai)，還(huan)可(ke)(ke)以為例如有限(xian)動量超(chao)導(dao)、庫伯對(dui)密度波(bo)等很多具有重要物理學理論研(yan)究價值(zhi)的(de)課題提供關(guan)鍵的(de)研(yan)究載體(ti)。