林靖博士发表的论文有哪些

材料的表面与界面时常会展现出一些和体内完全不同的物理性质。2004年科学家发现当把绝缘的LaAlO3薄膜层生长到同是绝缘的SrTiO3表面上时，在界面处意外地发现了非常高的导电性。研究发现界面处产生了额外的电荷载流子，由于受到量子约束这些载流子的行为类似于一个二维的电子气。当用稀释制冷机把样品降到极低温（0.2 K 附近）时，该二维电子气进一步发生了超导相变 （电阻为零），形成了二维超导体。在随后的十几年里这个基于SrTiO3的氧化物界面超导体系开创了许多研究分支。

最近美国阿贡国家实验室的研究团队报导了一个新的氧化物界面二维超导体系。博士后研究员刘长江发现，单晶氧化物KTaO3（KTO）表面形成的二维电子气在2.2 K附近时出现超导现象。超导临界温度比基于SrTiO3 （STO）的界面体系提高了10倍。该温度区间不需要稀释制冷设备就能实现，为今后实验研究以及开发利用二维超导电子器件提供了极大的便利。同时实验上观察到KTO界面超导具有一些非同寻常的奇异性质，这为二维超导机理的研究提供了一个新的平台。2021年1月21日，该研究工作以First Release的形式在 Science 杂志线上发表，题目是“ Two-dimensional superconductivity and anisotropic transport at KTaO3 (111) interfaces ”。

图1，在EuO/KTO (111) 样品中观察到超导电性

KTO和STO两种经典钙钛矿体系有很多相似的地方。它们都是带隙绝缘体，并且它们的介电常数随着温度的降低都会增大很多。在KTO中Ta是5d族元素，有很大的自旋轨道耦合作用（比STO中的要大一个量级），因此KTO的能带中有更大的自旋劈裂。图1是实验中在KTO界面测量到超导转变。四个EuO/KTO样品有不一样的载流子浓度，对应的超导临界温度也不一样。

图2，在LAO/KTO (111) 表面同样观察到超导电性

实验发现超导态的形成并不依赖于KTO表面生长的氧化物覆盖层的种类。研究中分别使用了EuO和LaAlO3 (LAO) 氧化物覆盖层来产生二维电子气。测量发现使用LAO氧化层的二维电子气同样可以发生超导相变 （图2）。这个结果为实验研究带来很大的便利。科研人员可以根据薄膜生长设备选取合适的覆盖层材料。

图3，二维超导示意图

通过测量超导态面内和面外的临界磁场，以及临界电流中的BKT相变，研究人员确认了KTO界面的超导态是完全二维属性的。图3示意了二维超导的图像。一个样品在实验中得到的超导态厚度为5 nm 左右，比其超导相干长度13 nm要小。

图4， EuO/KTO界面附近原子结构表征

进一步研究发现，KTO界面的超导电性具有一些不同寻常的特性。首先，超导态的形成非常依赖于KTO表面的晶体学取向。研究发现在KTO（111）晶面上的电子气可以发生超导相变，而当把二维电子气制备到（001）面上时，（载流子浓度和（111）面上的基本一样），即使把温度降到25 mK 也不会出现超导。这个晶体学取向依赖的现象和LAO/STO体系有很大的不同。在LAO/STO体系中，界面超导的出现和STO的晶面取向没有关系。研究者们使用了扫描透射电镜 （STEM）（图4）以及电子能量损失光谱 （EELS），对不同的KTO界面做了结构和化学成分的表征。结果发现在KTO界面处的几个原子层内有氧空位的形成以及K原子位置出现了一些Eu或者La元素。这些掺杂过程促使界面产生了巡游电子。在比较（111）和（001）取向的样品时，研究者发现它们的界面元素组成类似。因此超导的出现和界面化学元素没有太大关系。

从结构上看，KTO（111）面上Ta原子排布形成一个六方蜂窝状，类似于石墨烯。之前角分辨光电子能谱（ARPES）发现KTO（111）表面的电子气具有一个独特的六重对称性费米面。或许KTO（111）面上发现的超导和这种特殊的电子能带结构有关。比如2018年在转角双层石墨烯中发现的超导便和魔角处的能带结构密切相关。关于KTO界面超导的机制目前还需要理论上做进一步研究论证。

图5，面内输运自发对称性破缺

另一个比较奇特的现象是EuO/KTO（111）样品的输运性质会出现自发的面内对称性破缺。这一现象在低载流子浓度的样品中尤其明显。图5显示，当温度从较高温度降到2.2 K附近时，沿着面内 [1 -1 0] 和 [1 1 -2] 两个方向的电阻有很大不同。具体是电流沿着 [1 -1 0] 晶向测到的电阻（红色数据）突然变大，而沿着 [1 1 -2] 方向的电阻会自发减小。在一段温度区间内（绿色背景部分）体系具有非常大的各项异性。这个现象唯象上可以理解为电子态在（111）面上自发形成了条纹相（stripe phase）调制结构。平行和垂直条纹两个方向的电阻相差很大。当温度继续降低时，最终沿着两个晶向的电阻都降为零，进入了完全超导态。

图6，各向异性的超导示意图

实验中发现条纹相随着外加磁场的增大最终会被抑制掉，得到一个各向同性的正常态。目前对这个面内自发对称性破缺的机制还不明确。图6 描绘了一个可能的物理图像。KTO （111）面上的超导相干强度可能有各向异性。沿着扶手椅（armchair，[1 1 -2] ）边（图中竖直方向），超导具有更强的相干性。在图中用了浅蓝色的条纹表示。这样在系统形成全局超导态前，沿着条纹和垂直条纹的两个方向上将有很不一样的输运性质。研究者认为关于条纹相的机理需要更多的实验研究，比如利用局域的电子结构、磁性探测技术（例如，STM，纳米ARPES或者scanning SQUID）来观察超导电子气是否在空间上有调制的超导能隙，或者磁矩分布。另外值得注意的是，最近的理论计算有预测KTO（111）表面是一种可能的拓扑超导态的良好实现平台。后续的相关研究工作非常值得关注。

这项工作由多个研究机构课题组的多位科学家合作完成。包括美国阿贡国家实验室材料科学部门的刘长江博士（第一及通讯作者），严曦博士（共同一作）， Dillon Fong 博士和Anand Bhattacharya博士（通讯作者）。另外还有先进同步辐射光源（APS）的周华博士，国家纳米材料中心（CNM）的金达飞博士，文建国博士，周宪靖博士，林雨霖，美国伊利诺伊大学香槟分校左建民教授组，中国科学院物理研究所孙继荣研究员组和北京大学量子材料中心韩伟教授组的共同参与完成。

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王曾瑜男， 1939年生，原中国社科院历史研究所研究员，研究生院教授，博士生导师，现任中国宋史研究会会长、河北大学宋史研究中心特聘教授、中心学术委员会副主任。曾著有 《鄂国金佗（左禾右卒）编、续编校注》、《尽忠报国———岳飞新传》、《宋朝兵制初探》、《宋朝阶级结构》、《金朝军制》，历史小说《靖康奇耻》、《河洛悲歌》等 。姜锡东男， 1961年生，博士，教授，博士生导师，宋史研究中心主任。主要从事中国古代经济史、宋史的研究，被评定为河北省社会科学优秀青年专家，兼任中国经济史学会理事，中国宋史研究会理事，获国务院颁发的政府特殊津贴。专著《宋代商业信用研究》获河北省第四届社会科学研究优秀成果专著类一等奖。论文《宋代交引铺的经营活动及其对经济生活的影响》获河北省社联二等奖。主持编写十卷本《中国改革通史》，主编《中国经济发展史·宋辽夏金元卷》等多部著作。专著《宋代商人和商业资本》（中华书局2002年12月出版）获2003年河北省哲学社会科学规划研究项目优秀成果专著类一等奖。 男， 1940年生，教授，博士生导师，原宋史研究中心副主任。主要从事中国古代法律史、宋史研究。出版专著《宋代法制研究》、《宋代法律史论》等书，合著出版了《宋朝典制》。《宋代法制研究》一书获河北省第六届社会科学优秀成果专著类二等奖。主编《中国改革通史》综合卷。《宋代立法简论》获河北省社科二等奖。李华瑞男， 1958年生，博士，教授，博士生导师，原河北大学人文学院院长。主要从事辽宋夏金史及中国古代经济史研究。被评定为河北省跨世纪优秀人才，河北省社会科学优秀青年专家，现兼任中国宋史研究会副会长、秘书长，国家哲学社会科学基金项目中国历史评审组成员，1999年获河北省第三届社会科学优秀青年专家称号，2002年获第三届教育部“高校青年教师奖”（即高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划）。先后出版了《宋代酒的生产和征榷》、《宋夏关系史》、《中华酒文化》、《王安石变法研究史》等专著。《宋夏关系史》获河北省第七届社会科学优秀成果一等奖，《宋代酒的生产和征榷》获河北省第五届社会科学优秀成果二等奖。刘秋根男， 1963年生，博士，教授，博士生导师。主要从事中国古代经济史、宋史的研究，先后出版了《中国典当制度史》、《明清高利贷资本》等专著，其中《中国典当制度史》获河北省社会科学研究优秀成果专著类二等奖，《明清高利贷资本》获河北省第八届（2002年）社会科学研究优秀成果专著类一等奖。参予撰写的《清代经济通史·清代经济卷》获郭沫若历史著作专著类二等奖（2002年）。2004年入选河北省新世纪“三三三人才工程”第三层次人选。汪圣铎男， 1948年生，教授，博士生导师。主要从事宋史、中国古代经济史研究，1993年获国务院颁发的政府特殊津贴，出版专著《宋两财政史》（上、下）、《中国钱币史话》、《宋真宗》、《两京梦华》、《两宋货币史》、《两宋货币史料汇编》等，发表学术论文70余篇。曾获中国钱币学会第一、第二届学术成果“金泉奖”。《两宋货币史》于2004年获河北省第九届社会科学研究优秀成果专著一等奖。王善军男， 1966年生，博士后，研究员，博士生导师。主要从事宋代宗族、辽代宗族的研究，已出版专著《宋代宗族和宗族制度研究》。《宋代宗族和宗族制度研究》获河北省第八届社会科学研究优秀成果专著类二等奖。王菱菱女。 1954年生，博士，教授， 博士生导师 ， 宋史研究中心副主任。主要从事宋代经济史、矿冶业史研究，专著《宋代矿冶业研究》将于近期出版。高树林男， 1932年生，教授。主要从事辽金元经济史、人口史研究，出版专著《元代赋役制度研究》，该书获河北省第六届社会科学研究优秀成果专著类三等奖。闫孟祥男， 1960年生，副教授，硕士生导师。主要从事宋代思想文化史研究。此前曾于西北大学思想文化研究所完成科研课题：大乘佛学与理学核心义理比较研究。 男， 1966年生，博士，副教授，硕士生导师。主要从事辽金元史、北方游牧民族史研究。王晓薇女， 1974年生，硕士，实习研究员，在读博士。主要从事宋代政法史研究。王志双女， 1974年生，硕士，实习研究员。主要从事宋代政治史研究。贾文龙男， 1974年生，硕士，实习研究员，在读博士。主要从事宋代政治史研究。丁建军男， 1966年生，学士，讲师，在读博士。主要从事宋代文化史研究。校内博导 ：李振纲 ，男， 1956年生，教授，博导。主要从事中国古代思想文化史研究。李金铮 ，男， 1965年生，河北大学人文学院历史系教授，博导，主要从事中国近现代史研究。校外兼职教授 ：乔幼梅 ，女，山东大学 历史系 教授，博导，原中国宋史研究会副会长。黄宽重 ，男，台湾中央研究院历史语言研究所所长，研究员，博士。金渭显 ，男，韩国明知大学教授，韩国宋辽金元史学会会长。游 彪 ，男，北京师范大学 历史系 教授，博士，博士生导师。苗书梅 ，女，河南大学历史文化学院副院长，教授，博士，博士生导师。杜建录 ，男，宁夏大学西夏学研究中心主任，教授，博士，宋史中心兼职博导。孙洪涛 ，男，河北工程技术职业学院教授。李瑾明 ，男，韩国外国语大学历史文化研究所教授，博士。曹福铉 ，男，韩国京畿大学讲师，博士。王嘉川 ，男，江苏扬州大学历史副教授，博士。方建新 ，男，浙江大学古籍研究所教授。方 健 ，男，苏州市经济协作办公室高级经济师。刘浦江 ，男，北京大学中国古代史研究中心副教授。杨富学 ，男，敦煌研究院研究员。龚延明 ，男，浙江大学人 文学院 教授，博导，中国宋史研究会副会长。宋史研究中心学术委员（校外兼职）：朱瑞熙 ，男，上海师范大学古籍研究所教授，博导，中国宋史研究会会长。黄宽重 ，男，台湾中央研究院历史语言研究所原所长，研究员，博士。邓小南 ，女，北京大学中国古代史研究中心教授，博导，中国宋史研究会理事。程民生 ，男，河南大学历史文化学院教授，博导，中国宋史研究会副会长。包伟民 ，男，浙江大学人文学院 历史系 教授，博导，中国宋史研究会理事。