通过量子限制和邻近效应将非超导元素转化为超导体

块体形态的良导体元素金属(包括贵金属铜、银、金及部分s区元素)在常压下均不呈现超导性,其本质原因在于电子-声子耦合作用过弱,无法克服库仑斥力。本视角研究探讨了单纯量子限域效应或结合邻近效应,能否在块体非超导金属中诱导出可观测的超导失稳现象。研究团队系统综述了最新理论进展,并提出基于限域广义化各向同性单带Eliashberg理论的统一框架——该框架中态密度呈现能量依赖性,关键材料参数(费米能EF、电声耦合常数λ、库仑赝势μ*)均显含厚度依赖性。通过采用第一性原理或实验测定的电子-声子谱函数α?F(Ω)与库仑赝势μ*进行数值求解(未引入可调参数),该工作计算了典型贵金属、碱金属及碱土金属薄膜临界温度Tc随厚度的变化关系。理论预测表明超导性仅能在特定案例中、且于极端狭窄的厚度窗口(通常集中在亚纳米尺度L~0.4-0.6 nm)出现。研究进一步讨论了量子限域与邻近效应共存的超导体/正常金属层状体系,预言此类异质结构即使组分材料在块体形态下不具超导性或为弱超导体,其临界温度仍可获得显著提升。

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作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-02-07 15:19

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