金刚石因其5.5 eV的带宽度和高导热性，长期以来被认为是重要的半导体资料之一。虽然多晶金刚石的超导性已被屡次报导，但单晶金刚石的超导性仍存有争议，特别是在如此大的禁带半导体中是不是真的存在金属态还尚无结论。

　　在这项研讨中，浙江大学林时胜教授团队经过硼和氮的共掺杂，成功在单晶金刚石中完成了超导性，霍尔载流子浓度超过了3×10²⁰ cm⁻³。此外，他们发现经过调控载流子迁移率，金刚石能够在超导和金属态之间转化。更风趣的是，经过将单层石墨烯与氮和硼重度共掺杂的金刚石集成，研讨人员完成了石墨烯的超导性，这一现象或许与安德烈夫反射和激子介导的超导性有关。

　　研讨首要探讨了单晶金刚石中的超导性。试验标明，经过硼和氮重度共掺杂的金刚石电阻在3K左右下降至零，标明资料进入了超导状况。经过电阻-温度测验和超导量子干与设备（SQUID）的抗磁性丈量，进一步验证了这一点。SQUID的零场冷却（ZFC）和场冷却（FC）曲线显现，在临界温度（Tc）以下的强磁通钉扎力，标明晰超导状况的存在。

　　研讨人员估测，这种超导性是由声子或激子配对引起的，这类似于MgB₂等资料的超导机制，但在高禁带宽度的金刚石中，超导现象显得很稀有。经过磁化曲线的滞后现象，研讨估算了临界电流密度（Jc）为226 A/cm²。

　　除了超导性，研讨人员还发现了在不同条件下金刚石表现出金属性行为。经过精细调理掺杂水平，资料能够从超导状况转变为金属态。当载流子迁移率下降时，资料的电阻不再下降至零，表现出金属态特征。这一现象的发现具有重大意义，由于此前在体相金刚石中观察到金属性行为一向非常困难。研讨标明，在低温下的有限电阻激烈标明在重掺杂金刚石中存在量子金属态。

　　这种金属态与超导配对的退化有关，这能够终究靠配对振幅的损失以及玻色子定位（或许是由氮和硼的掺杂引起的）来描绘。

　　研讨的另一个亮点是石墨烯/金刚石异质结的构建。石墨烯自身并不是超导体，由于其电子-声子相互效果较弱，且在狄拉克点附近电子态密度很低。但是，当将其与重掺杂的金刚石结合时，石墨烯表现出超导性特征。试验中，石墨烯的电阻下降至零，关于这一现象，研讨人员认为是石墨烯/金刚石界面处的安德烈夫反射和激子介导的超导性所造成的。

　　这一发现标明，经过将石墨烯放置在超导基底上，能够经过附近效应使石墨烯表现出超导特性。激子（电子-空穴对）在这一过程中或许起到了关键效果。金刚石中的激子结合能大约为80 meV，为在石墨烯层中引发超导性供给了满足的能量屏障。

　　此外，研讨人员还提出，石墨烯/金刚石异质结中的超导性是由激子介导的机制，而非传统的声子介导的机制驱动的。这一点与前期关于金属-半导体结中电子-激子相互效果的研讨相一致，激子在这些体系中有助于电子配对。在本研讨中，石墨烯的电阻鄙人降至零之前，呈现了负值，这标明激子相互效果或许促进了库珀对的构成，这是超导性的根本构件。

　　总归，本研讨为了解重掺杂单晶金刚石的超导和金属态行为供给了重要的见地。经过硼和氮的共掺杂，研讨人员成功调控了载流子迁移率和浓度，完成了同一资猜中的超导和金属态转化。将石墨烯集成到这一结构中，进一步提醒了石墨烯/金刚石异质结中激子介导的超导性的新或许性。

　　该研讨为根据碳的超导资料的进一步研讨铺平了路途，未来的研讨或许会深入探讨这些异质结构中的激子效果，特别是它们在新式超导器材中的使用潜力。

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