近来，我校合肥微标准物质科学国家研讨中心世界功用资料量子规划中心和物理系中科院强耦合量子资料物理要点试验室曾长淦教授、李林副研讨员研讨团队与北京量子信息科学研讨院解宏毅副研讨员等协作，在二维电双层结构层间长程耦合研讨方面获得重要发展。经过构筑石墨烯与氧化物界面超导系统的复合结构，该团队提醒了二维半金属和二维超导体之间因为量子涨落诱导的巨幅超流拖拽效应。相关研讨成果以“Josephson-Coulomb drag effect between graphene and a LaAlOsuperconductor”为题于1月12日以Article方式在线宣布在《Nature Physics》上（DOI: 10.1038/s42-7）。

　　关于两个空间邻近但互相绝缘的导电层构成的电双层结构，在其间一层（自动层）施加驱动电流，层间载流子之间的耦合会在另一层（被迫层）中诱导发生一个开路电压或闭路电流，即发生层间拖拽效应。拖拽效应可以勘探掩盖在界面处的载流子信息与或许的衍生物理，是表征别致电子态的一种新式试验手法。更重要的是，根据二维电子气之间的拖拽效应，可以探究准粒子的层间长程相互作用，发现如激子超流体等新颖层间相关量子态。关于惯例的层间电子-电子相互作用，因为较强的介电屏蔽效应，被迫层中发生的拖拽电流比自动层施加的驱动电流一般要弱几个数量级，即拖拽电流耦合比远远小于1。而将其间一层或两层替换成超导资料，将有望发生耦合比明显地增强的超流拖拽效应。

　　根据此想象，研讨团队构筑了石墨烯与LaAlO3/SrTiO3异质界面组成的二维半金属-超导体电双层结构，并对其层间拖拽行为进行了系统研讨。在此电双层系统中，石墨烯层的载流子浓度/类型，以及LaAlO3/SrTiO3界面超导特性都可以终究靠栅压进行相对有用调控。研讨团队发现在LaAlO3/SrTiO3界面超导改变区间，石墨烯层中施加驱动电流可以在LaAlO3/SrTiO3界面诱导出巨幅拖拽电流，且强度可以终究靠栅压/外磁场等进行相对有用调控。尤其是在界面超导最优掺杂邻近，拖拽电流耦合比到达0.3，即所发生的拖拽电流的巨细与驱动电流适当。与此前传统一般金属/超导金属系统比较，耦合比提高了两个量级以上。

　　根据二维狄拉克费米子与二维约瑟夫森阵列库仑相互作用的理论模型，研讨团队将观察到的巨幅超流拖拽效应归因于LaAlO3/SrTiO3界面超导相位量子涨落与石墨烯中电子浓度涨落之间的动力学耦合，并提出一种新的约瑟夫森-库伦拖拽机制。试验所观测到的拖拽信号极性，以及其随温度的演化规则均很好地契合该机制。在此基础上，根据理论拟合外推，零温极限下拖拽电流耦合比乃至高达105，即在被迫层诱导的拖拽电流是自动层驱动电流的105倍，发生超凡电流扩大效应。这一成果成功提醒了微观量子涨落关于层间准粒子相互作用的明显调制。在使用层面，根据该复合结构将有望制备新式电流或电压高效转化器材，包含超导二极管等量子器材。本发现也将推进有着非常丰富量子物相的更广泛二维电子系统的拖拽效应研讨，并发现更多根据层间长程耦合的新颖量子多体效应。

　　图示：（a）石墨烯与LaAlO3/SrTiO3界面超导间约瑟夫森-库仑拖拽效应示意图；（b）拖拽效应丈量原理；（c）拖拽电阻与LaAlO3/SrTiO3界面电阻随温度的改变；（d）LaAlO3/SrTiO3超导相图；（e）拖拽电流耦合比对背栅和温度的依靠联系。

　　我校物理系近期结业的欢然博士和微标准物质科学国家研讨中心李林副研讨员为论文一起榜首作者。曾长淦教授、李林副研讨员与北京量子信息科学研讨院解宏毅副研讨员为论文一起通讯作者。该作业得到了国家自然科学基金委、科技部、中科院以及安徽省的赞助。李林副研讨员得到了我国科学技术大学仲英青年学者项目的赞助。

　　（合肥微标准物质科学国家研讨中心、物理学院、中科院量子信息与量子科学技术创新研讨院、科研部）

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