超导性是指一种电阻为零的现象，是指导电材料在温度接近绝对零度的时候，材料电阻趋近于0的特别性质。研究超导对于人们的生活和理论研究都具有十分重要的意义。目前，超导已经在各种领域得到了广泛的应用：核磁共振成像、磁约束核聚变装置和高能加速器等等。目前的挑战是，超导材料需要在十分低温的环境中使用才行，从而限制了材料的使用。因此，发掘新的超导材料一直以来都是物理界和材料界的重要话题，也是困扰领域的一大难题。这篇文章汇总了2020年上半年Nature&Science上的关于超导研究的文章，大家一起来看看吧。

1.Nature:250开尔文超导氢化镧中的量子晶体结构

在高压下在硫化氢系统中于200开尔文处发现超导性，证明了富氢材料作为高温超导体的潜力。最近关于具有氢笼的稀土氢化物的理论预测以及随后以250开尔文的超导临界温度（Tc）合成LaH10的研究将这些材料置于实现室温超导这一长期目标的边缘。电和X射线衍射测量显示，LaH10的微弱压力依赖性Tc在137至218吉帕斯卡之间，该结构具有镧原子的面心立方排列。

罗马大学的Jose A. Flores-Livas证明了在此压力范围内，量子原子的波动稳定了高度对称的Fm3m晶体结构。该结构与实验结果一致，并且具有非常大的3.5的电子-声子耦合常数。尽管从头算起经典的计算表明，该Fm3m结构在230吉帕斯卡以下的压力下会发生变形，产生复杂的能量分布，但量子效应的包含表明它是真正的基态结构。计算的Tc值与实验Tc值之间的一致性进一步表明，该相是在250开尔文温度下观察到的超导性的原因。量子动力的相关性使人们对经典方法中氢化物的许多晶体结构预测提出了质疑，这些预测目前指导了对室温超导性的实验探索。此外，作者发现量子效应对于具有高电子-声子耦合常数的固体的稳定化至关重要，否则，由于电子-声子的大相互作用可能会使稳定化，从而降低了合成所需的压力。

文献链接：

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

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

2.Science: Bi2Sr2CaCu2O8+x带隙的原子操纵

掺杂相关电子系统中的单原子操作可以帮助弄清掺杂剂，结构缺陷和晶体学特征对局部电子态的影响。不幸的是，这些材料中的高扩散阻挡层阻止了常规的操纵技术。

CNRS的F. Massee证明了使用扫描隧道显微镜尖端的局部电场可逆地操纵最佳掺杂的高温超导体Bi2Sr2CaCu2O8+x中的选择位点的可能性。结果表明当单个Bi原子在表面上移动时，与超导相关的谱隙可逆地变化多达15毫电子伏特。这个模型捕获了所有观察到的特征，表明该电场在CuO2平面中引起局部配对电位的横向运动。

文献链接：

Atomic manipulation of the gap in Bi2Sr2CaCu2O8+x.

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

3.Science:在铁基超导体中分散一维Majorana通道的证据

在凝聚态物理中将Majorana费米子作为准粒子激发来实现的可能性令人兴奋。大多数研究都集中在Majorana的约束状态。但是，也已经预测了具有线性色散的Majorana状态的传播。

伊利诺伊香槟分校的Vidya Madhavan报道了FeSe0.45Te0.55中的晶畴壁（DWs）的扫描隧道光谱测量。作者找到了DW，晶格结构在这些DW上移动了一半单位晶胞。这些DW在超导间隙中具有有限的平坦状态密度，这是一维线性分散模式的标志。相关超导体FeSe的DW中不存在此签名，该超导体不在拓扑阶段。综合数据与在近似拓扑材料中p相移DW分散马约拉纳状态的观察结果一致。

文献链接：

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

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

4.Science:Weyl超导体MoTe2中边缘超电流的证据

长期以来，超导体中的边缘超电流一直是一个难以捉摸的目标。在拓扑超导的背景下，对它们的兴趣重新出现。普林斯顿大学的N.P.Ong报道了在韦尔超导体二碲化钼（MoTe2）中存在稳健的边缘超电流的证据。在磁场B中，磁通量量化生成边缘凝结物的周期性调制，可观察到这是临界电流Ic与B的“快速模式”振荡。快速模式频率不同于大体积超电流显示的传统Fraunhofer振荡。作者认为对于边缘超电流，快速模式频率会随晶体面积的增加而增加。此外，解决了弱激发分支，显示出异常的对称性。

文献链接：

Evidence for an edge supercurrent in the Weyl superconductor MoTe2.

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

5.Science:铁基超导体中涡旋零模的几乎量化的电导平稳期

Majorana零模式（MZM）是具有非阿贝尔编织统计数据的空间局部零能量分数类准粒子，为拓扑量子计算提供了希望。由于颗粒与颗粒的等效性，MZM在低温下表现出定量电导。通过使用可变隧道耦合扫描隧穿光谱，中科院物理所高鸿钧、丁洪和张余洋研究了FeTe0.55Se0.45超导体上涡旋结合态的隧穿电导。作者报道了电导平台的观测值与零能涡旋束缚态的隧穿耦合有关的函数，其数值接近或什至达到2e2/h量子电导（其中e是电子电荷，h是普朗克常数）。相比之下，在有限能量涡旋结合态或超导间隙之外的电子态连续体中均未观察到平稳状态。零模电导的这种行为支持FeTe0.55Se0.45中存在MZM。

文献链接：

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

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

6.Science:铜酸盐超导体中超导圆顶外的铁磁序

根据常规观点，铜酸盐高温超导体的非凡性能是由掺杂强相关的反铁磁绝缘体引起的。高度掺杂的铜酸盐（其掺杂超出了超导电性的圆顶范围）被认为是常规的费米液态金属。马里兰大学的Richard L. Greene报道了在电子掺杂的La2-xCexCuO4（LCCO）薄膜中，超过4开尔文的掺杂超过超导圆顶的流动铁磁阶的出现。铁磁序的存在可以通过负的，各向异性的和磁滞的磁阻，磁滞的磁化以及极性克尔效应来证明，所有这些都是金属中流动铁磁的标准特征。这一令人惊讶的结果表明，过量掺杂的铜酸盐受到电子相关性的强烈影响。

文献链接：

Ferromagnetic order beyond the superconducting dome in a cuprate superconductor.

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

7.Science:缺乏量子异常霍尔超导体装置中手性Majorana模式的证据

耦合到s波超导体的量子异常霍尔（QAH）绝缘子预计将具有手性Majorana模式。最近的一项实验将半量化的两端电导平台解释为在毫米大小的QAH-铌混合器件中这些模式的证据。但是，非Majorana语机制也可以生成相似的签名，尤其是在无序样本中。宾州州立大学的Moses H. W. Chan、Nitin Samarth和Cui-Zu Chang研究了在超导体和QAH绝缘子之间具有良好控制的透明界面的类似混合设备。当器件处于QAH状态且磁化对齐良好时，两端电导始终被量化一半。这个实验提供了对QAH-超导体混合器件中观察到的超导邻近效应的全面理解，并表明半定量电导平台不可能由具有高度透明界面的样品中的手性Majorana费米子诱发。

文献链接：

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

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

8.Science:基于纠缠的具有超导量子位的单个磁振子的单发检测

基于超导电路的混合系统的最新发展提供了利用不同自由度的工程量子传感器的可能性。旨在控制和读出磁有序系统中集体自旋激发的量子的量子磁能学为磁学研究和量子技术的发展提供了机遇。使用超导量子位作为量子传感器，东京大学的Yasunobu Nakamura报道了在毫米级亚铁磁晶体中检测到单个磁振子的情况，量子效率高达0.71。该检测基于静磁模式与量子位之间的纠缠，然后是对量子位状态的单次测量。该原理证明实验建立了用于强磁学的单光子探测器。

文献链接：

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

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

9.Nature:重费米子金属UTe2中的手性超导

自旋三重态超导体是具有自旋1和奇偶校验波函数的电子对的凝聚。三重态配对的一个有趣的表现是手性p波状态，在拓扑学上是微不足道的，它为实现Majorana边缘模式提供了自然的平台。但是，三重态配对在固态系统中很少见，到目前为止，尚未在任何本体化合物中明确鉴定。考虑到配对通常是由铁磁自旋动函数来介导的，因此，包含f-电子元素的铀基重费米子系统既具有强相关性又具有磁性，被认为是实现自旋三重态超导性的理想选择。

伊利诺伊香槟分校Vidya Madhavan介绍了最近发现的重费米子超导体UTe2的扫描隧道显微镜研究，该超导体的超导转变温度为1.6开尔文5。我们找到了共存近藤效应和超导性的特征，这些特征显示了一个晶胞内竞争性的空间调制。在台阶边缘处的扫描隧道光谱揭示了手性的能隙状态的特征，据预测这些特征存在于拓扑超导体的边界。结合现有数据表明UTe2中存在三重态配对，手性态的存在表明UTe2是手性三联体拓扑超导性的强候选者。

文献链接：

Chiral superconductivity in heavy-fermion metal UTe2.

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