费米面……是个啥？
科学解释：费米面是最高占据能级的等能面，是当T=0时电子占据态与非占据态的分界面。一般来说，半导体和绝缘体不用费米面。而用价带顶概念。金属中的自由电子满足泡利不相容原理，其在单粒子能级上分布几率遵循费米统计分布。作为固体材料非常重要的一个“面儿”，决定其是否透光、导电等物性。而由于能隙的存在，半导体、超导体自身没有这个“面儿”，如果能产生这个“面儿”，将极大地改变其性质。
科学前言：国外的拓扑超导体
此前，由来自瑞士、英国和中国的工程师组成的国际科学家团队发表声明称，他们发现了一种新的拓扑超导体，未来将创造出更强大、更先进的量子计算机。众所周知，超导体在冷却到一定状态时可以无电阻地导电。与普通物体相比，超导体展现出其量子特性，这使得它们在量子计算机中非常有前景，量子计算机利用量子物理的特性来处理和存储大量数据。
正是出于这个原因，最大和最先进的 IT 公司不断致力于超导体的开发，并使用超导体的工业量子计算机。目前，现代量子计算机的“阿喀琉斯之踵”是量子比特，或者更确切地说，它们对任何外部影响（电磁影响、热量、与空气粒子的碰撞）都具有极高的敏感性。
因此，工程师们相信，只有通过使用特殊拓扑导体创建稳定的量子位，才可能应对这种高效的灵敏度，才能提供所需的保护性能。就在几年前，科学家们已经获得了铋硒和铋碲半导体等材料。但是为了完全实现量子器件，有必要实现具有超导特性的拓扑材料，而不仅仅是在表面上实现。在众多实验过程中，一个国际科学家小组设法发现了一种新的拓扑超导体LaPt3P。据科学家的发现，LaPt3P在量子计算领域有巨大潜力。他的发现表明，对介子的进一步研究总体上非常重要。
关于费米面的实验和猜想
1965年，理论学家Fulde理论预言了一种在超导体中实现特殊“分段费米面”的路径。但50多年来，从未被证实。而就在10月29日发表于《科学》的一项研究中，上海交通大学物理与天文学院、李政道研究所博士后朱朕，教授郑浩、贾金锋等与合作者，利用低温强磁场扫描隧道显微镜在Bi2Te3/NbSe2体系中成功产生并探测到由库珀对动量导致的分段费米面。
1911年，科学家发现超导体，因具有零电阻导电和完全抗磁性等奇特性质，成为物理学中长久兴盛的研究课题。但是，天然超导体没有费米面。
1965年，Fulde从理论上预言了一种特殊的“分段费米面”，当超导体中库珀对的动量足够大时，就可以在超导能隙中产生准粒子，从而产生一种特殊的“分段费米面”。但该预言一直未被证实。因为，对于普通超导体而言，如果采用增加电流的方式让库珀对动起来，当库珀对动量大到一定程度，产生准粒子的同时，库珀对也被“拆散”了，从而失去了超导性。也就是说，还没等产生费米面，超导体就已经“废了”。因此，要实现超导体费米面的人工调控，前提是在保证其超导性这个“里子”不丧失的情况下，产生费米面。
为此，研究人员希望利用拓扑绝缘体/超导体异质结的特殊性来解决这一实验难题。首先，他们使用分子束外延技术，在超导体NbSe2表面上精准生长了4层厚的拓扑绝缘体Bi2Te3薄膜。这样通过NbSe2的临近效应，在原本不超导的拓扑绝缘体中诱导产生了超导性。
但这要求薄膜必须足够薄，否则临近效应就会非常弱。“分子束外延技术可以实现原子层的精准控制，所以是一种最佳手段。”郑浩说…诱导的超导性比本征的超导性要脆弱一些，而实验的关键就是利用这种差别，通过对诱导的超导体施加超电流，并让电流进入拓扑绝缘体Bi2Te3中，以达到让超导体产生费米面的强度，但这种强度恰好在不破坏NbSe2超导性的可控范围内。也就是说，在Bi2Te3/ NbSe2体系中，由于Bi2Te3薄膜表面态的费米速度很大，当NbSe2超导体中库珀对动量还很小时，这个动量对Bi2Te3薄膜表面态中库珀对已经大到足够产生准粒子，实现分段费米面。通过这种方法，研究人员巧妙地解决了进行Fulde预言验证的实验困难。
但要证实这种分段费米面确实存在，还需要精确的探测手段。目前国际上探测费米面比较常用的手段是角分辨光电子谱，但由于探测需要在极低温的环境下，所以这种手段并不容易实现。
为此，研究人员使用配备了稀释制冷机和三维矢量强磁场的扫描隧道显微镜进行探测。他们利用一个很小的水平磁场在NbSe2超导体表面产生一个较小的超导电流，发现随着磁场增大，超导体库伯对动量也在提高，超导能隙内准粒子也越来越多，这预示着超导体中逐渐产生了分段费米面。为进一步验证，研究人员又利用准粒子干涉技术，在实空间探测到了驻波，并通过傅里叶变换证实了费米面的产生。
科学上的长期积累
实际上，早在10多年前，研究团队就开发了这种拓扑绝缘体/超导体异质结材料体系。这是一种拓扑超导材料，研究人员在上面观察到了可用于拓扑量子计算的马约拉纳零能模。随着理论和技术的发展，他们又开展了水平磁场的探索，并发现了异常敏感的响应。对于研究团队而言，验证理论预言只是第一步。由于在研究中发现了磁场方向和大小可以调节费米面的形状和大小，调控拓扑性，构建新的拓扑超导这一现象，因此，他们希望在接下来的实验中，进一步探索它到底可以改变超导体的哪些物性。
（文章内容来源于网络）
前情提要：高温超导体—服务中国磁悬浮
高温超导体的电阻近似为0。因此产生的感应电流会在超导体内一直循环下去，而感应电流产生的磁场与轨道磁场方向相反，将相互作用产生悬浮力。
针对高温超导磁浮的工作原理：在外磁场中，高温超导体独有的强钉扎能力使得磁力线既难逃离钉扎中心的束缚（对于已经被俘获的磁力线）也难渗透进入超导体内（对于未被俘获的自由磁力线）。这种独特的钉扎特性使得超导体能够随外磁场的变化而感应出阻碍这种变化的超导强电流。这种超导电流与外磁场的电磁相互作用，在宏观上产生与悬浮体自身重力平衡的悬浮力，并提供横向稳定所需的导向力。
与常规导体不同，高温超导体的电阻近似为0。因此产生的感应电流会在超导体内一直循环下去，而感应电流产生的磁场与轨道磁场方向相反，将相互作用产生悬浮力。因“感生电”原理，车载悬浮系统和轨道都不需要供电。
根据专家介绍：列车悬浮起来后，保持悬浮状态，唯一需要的是液氮，液氮使超导材料一直处于超导工作状态，而空气中78%都是氮气，所以液氮成本较低，同时也节能环保。而高温超导磁浮还有一个显著的特点——列车前进方向的磁阻力几乎为0，这一切都高温超导体使得适合未来交通的超高速应用；此次成功下线的世界首条高温超导高速磁浮样车及试验线，最高试验速度可达400公里/小时，目标速度将达到620公里/小时，可开展高温超导磁浮车动力学、气动、振动、噪声等方面的研究。而我国作为世界高铁大国，技术、装备、建设和运营达到国际先进水平。
实际上，所谓“高温超导体”，是指临界温度在40K（约零下233摄氏度）以上的超导体。除了磁浮外，超导材料在众多领域也有相关研究应用。目前，低温超导材料已实现商业化应用，主要用在医学的核磁共振上。
超导技术被称为21世纪电力工业的高技术储备，可有效解决当前的能源、交通等问题，如今国内外正在研究应用于高压线输电的高温超导电缆，应用于各种设备的超导电机等而超导电机重量轻、体积小，在风力发电机中具备特别优势，所以将超导电机用于风力发电也是目前的研究热点。同时，超导在所有与电相关的领域，比如信息、检测、交通运输、电力技术等都能广泛应用，有着重要的研究和开发价值。目前我国正在大力开展超导材料制备及其应用研究。而不断探索更高临界温度的超导体，并加强与超导技术应用密切相关的低温制冷技术和低温系统的研究，是未来的重要发展方向。
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