上海交通大学郑浩、贾金锋团队实现原子尺度混合价区 Yu-Shiba-Rusinov 态量子相变实验

📌 一句话摘要

上海交通大学郑浩、贾金锋团队通过针尖诱导能带弯曲实现单原子尺度混合价区 YSR 态量子相变的连续调控与完整实验观测，首次在原子尺度触及强关联核心物理区域。

📝 详细摘要

上海交通大学郑浩、贾金锋团队创新性地采用稀释制冷扫描隧道显微镜系统，借助针尖诱导能带弯曲效应，在 Bi2Te3/NbSe2 异质结上实现对单个 Fe 杂质能级的连续精准调控。通过该方法，团队首次将 Fe 杂质能级精准驱动到混合价区临界点，完整观察到 YSR 束缚态随交换耦合强度连续演化的全过程，包括能级从超导能隙下缘向上缘跨越、峰形展宽消失及重新出现的量子相变特征。该研究首次在单原子尺度实现了混合价区量子相变的精准调控与直接观测，为探索马约拉纳零能模、拓扑超导等前沿问题提供了关键实验平台。

💡 主要观点

1. 针尖诱导能带弯曲实现单原子尺度连续调控 研究团队创新性地将半导体器件的电压调控思路迁移至原子尺度，通过精准调节 STM 探针偏压与高度，在 Fe 杂质局部诱导可连续调控的能带弯曲，相当于对单个量子杂质施加等效门电压，实现能级位置和电荷态的原位连续调控。
2. 完整观测 YSR 态量子相变全过程 通过高精度扫描隧道谱测量，团队记录了 YSR 束缚态能量峰位随杂质掺杂能级连续移动的全过程：从能隙下缘向费米能级方向移动，峰强度连续衰减至在混合价区临界点完全消失，随后再向能隙上缘重新出现，整个过程无跳变，完整复现了理论预言。
3. 实现混合价区临界点的精准触达 此前通过隧道结偏压或杂质位置调整实现的调控方式精度有限，难以将体系精确驱动到费米能级附近的混合价区。本研究首次实现了能级精准调控至量子相变临界点，首次在单杂质体系中实验触及强关联物理的核心前沿区域。
4. 构建可拓展的实验平台为后续量子物理研究提供支持 该针尖诱导能带弯曲调控方案具有普适性，可直接拓展至更多磁性杂质-超导体组合，后续可绘制 YSR 态完整相图，探索马约拉纳零能模、拓扑超导配对机制等问题，为量子计算底层材料提供关键验证平台。

💬 文章金句

• 整套研究方法完全可以直接拓展应用到更多不同类型的磁性杂质体系与超导材料的组合当中，系统性开展各类磁性杂质在不同超导体系中的耦合规律研究
• 该研究搭建完成的单原子尺度量子相变调控实验平台，还可以进一步用于探索超导杂质体系中的马约拉纳零能模、拓扑超导配对机制等前沿量子物理问题
• 整体能级演化过程没有任何跳变或者不连续的间断，完整复现了此前理论计算预言的 YSR 态随交换耦合强度连续演化的全部物理图像

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