二维材料因其单层结构,常可呈现三维体系中难以实现的量子效应。与石墨烯类似,过渡金属二硫族化物(TMDs)同样可被剥离为单层或堆叠形成范德华异质结构,并兼具强自旋轨道耦合与超导性等特征。
在单原子层薄膜NbSe2中,晶体对称性与强自旋轨道耦合、超导性相互作用,可产生伊辛超导性(Ising superconductivity,IS),使材料能够承受极高的平行于晶面方向磁场。除磁场鲁棒性外,相关效应也被认为与等自旋安德烈夫反射、拓扑超导性及马约拉纳费米子等现象的研究存在潜在关联。
不过,二维结构在稳定性与应用可行性方面存在局限。相比之下,三维材料更稳健,便于规模化制备,也更适配多种科学表征手段。因此,如何在三维对应物中保留二维体系的独特性质,成为研究关注点。

以往将二维行为“嵌入”三维TMD的一种常见做法,是在TMD层间插入功能层。近期多项工作显示,这类插层材料可在呈现层间导电性的同时保留二维TMD的部分特性,包括伊辛超导性。但插层会增加材料体系复杂度,并可能引入外源影响。
来自科希策的研究团队在一项发表于《物理评论快报》的工作中提出,无需插层也可在块体NbSe2中实现类似效果。研究称,仅通过破坏原本中心对称晶格的反演对称性,就足以在块体NbSe2中保护伊辛超导相关特征。
研究聚焦于与常见2H-NbSe2不同的4Ha-NbSe2多型体。该多型体在较高温度下制备,由四层NbSe2原子层按特定方式堆叠,从而呈现反演对称性破缺。由于两种多型体差异细微,研究人员首先使用多种实验技术对样品晶体结构进行确认。

在此基础上,团队通过热容测量表征其块体超导性质,并报告4Ha-NbSe2单晶的超导态可承受接近泡利极限三倍的磁场。研究指出,热容测量反映的是样品的块体性质,相较于可能受非块体二维效应干扰的输运测量,更有利于对块体行为作出判定。
随后,研究人员基于获得的晶体学参数开展从头算(ab initio)计算,得到4Ha-NbSe2多型体的能带结构,并据此确认伊辛超导性的存在。
研究结论显示,除化学成分外,堆叠顺序与晶体对称性同样可用于调控块体TMD的基本电子性质。研究团队认为,这种依赖对称性工程的路径有望简化材料设计,避免插层带来的化学复杂性,并为在更稳健、可扩展的平台上探索与利用伊辛超导性提供新的研究方向。
