日本东北大学的研究小组成功制备了原子层厚度的高温超导膜，其超导转变温度(Tc)达到60 K (-213°C)。并且由Takashi Takahashi教授和Kosuke Nakayama副教授领导的这个团队还建立了调控Tc 的方法。

这项研究不仅为研究二维体系超导机制提供了理想的平台，还为下一代纳米尺寸超导器件的发展奠定基础。

该研究结果发表在2015年6月1号的Nature Materials杂志上。

因为其独特的量子效应在节省能源和超高速加工上的巨大优势，超导体被认为是下一代先进电子器件最有前景的候选材料之一。

但是，超导材料的器件应用一直被阻碍。最大的障碍就是传统材料的Tc很低，接近绝对零度(0 K, -- 273 °C)，所以必须要使用一个巨大的昂贵的液氦冷却系统。还有一个很大的挑战是，如何实现超导材料到电子器件的高密度集成。为了克服这些问题，发展一种新的具有高Tc，并且可制备成膜的超导材料是非常必要的。

日本东北大学的研究小组将目光转向了硒化铁(FeSe)，铁基超导材料的一种。因为FeSe块体的Tc只有8K(-265 °C)，有迹象表明在超薄膜中FeSe会有更高Tc的超导性，这种假说迫切需要证明。

该研究首先通过分子束外延法制备了高质量的原子层厚的FeSe薄膜，厚度在单分子层（对应三个原子的厚度）到20个单分子层之间（六个原子的厚度）。然后他们利用角分辨光电子能谱(ARPES)细致的研究了薄膜的电子结构。

ARPES测试发现，半导体能带在低温下打开，这是薄膜具有半导体特性的直接证据。研究者还发现通过单层膜的能带闭合估算的Tc非常高（60 K以上），是FeSe块体Tc的8倍高。

然而多层的薄膜就没有显现出超导性增长的状态，研究者发现了通过在薄膜上沉积碱原子的方法可以控制薄膜中的电子密度。通过这种方法，研究者成功的将非超导的多层FeSe转化成Tc高达~50 K的超导体。

目前的结果对超导体的基础和应用研究都产生了很大影响。研究者已经清楚的展示出超导性在原子厚度的FeSe膜中是如何产生、增强和控制的。虽然该研究中获得的Tc(50-60K)仍然比引发"高-Tc热"的铜氧化物超导体（最高Tc 135 K)）的低，但它明显超过了其他“高-Tc超导体”的记录，例如富勒烯(C60)超导体(Tc~33 K)和MgB2 (Tc~39K),并非常接近液氮的温度(77 K)。

当前的报道将引起更多关于通过改变原子层数量、掺杂元素的量、和基底种类来进一步提高Tc的研究，当前的结果还将拓宽关于超导性的基础和应用研究范围，因为当前研究获得的50-60 K的Tc已经可以使用闭路冷却系统来保持超导状态，而不需要液氦。

成功制备原子层厚度的高温超导体研究，不仅为奇特二维体系超导机制研究提供了理想的平台，还为发展原子尺寸电子部件构成的超导纳米器件的发展开辟了道路。超高Tc半导体将有效的推动电子电路的小型化和高密度集成，实现下一代具有高节能性和超高速操作的电子器件。

新材料在线编译整理——翻译：王晶晶     校正：摩天轮