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       激子的概念在100多年前被提出，指的是半导体中电子和空穴形成的复合体。超导也是100年前被发现，表明材料在某个温度下实现零电阻状态。传统的超导机制一般是BCS理论，认为声子耦合电子库伯对来形成超导。但BCS理论指出超导转变温度一般低于40K，称为麦克米兰极限。最近有理论物理学家指出，利用激子来实现石墨烯等碳基材料中的耦合电子库珀对，从而可能获得非常规超导。金刚石，由于其具有超宽禁带、超高击穿场强、熔点以及热导率等优良物理性质，也被誉为“终极半导体材料”。作为碳基半导体材料，在金刚石中引入激子来实现非常规超导很值得期待。

       为有效填补单晶金刚石激子超导研究领域的空缺，浙江大学林时胜教授利用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）的方法成功制备出了硼氮共掺杂的块体单晶金刚石，并成功实现了超导态和金属态。并利用包括拉曼光谱、XRD、XPS、TEM、SIMS以及ODMR等材料测试表征手段，有效证明硼氮共掺杂金刚石的单晶特性以及体掺杂的均匀性。通过有效调节金刚石生长过程中的压强、温度以及气体掺杂比例等，制备得到的重掺杂金刚石表现出超强导电性，其电阻率最低可达2.07×10-3 Ω·cm，超导转变温度为3 K。同时，通过调节金刚石半导体的空穴迁移率，将单晶金刚石超导态转变为金属态。

       通过对超导态以及金属态金刚石样品进行霍尔测试，初步发现：低温状态下表现为金属态的金刚石样品其载流子迁移率都明显低于超导态金刚石样品。在P型重掺杂单晶金刚石中，样品具有较高迁移率其体内可以通过激子或声子形成配对，基于激子介导超导，从而实现向超导态的转变；如果金刚石迁移率不够高，空穴无法完全配对，导致向金属态转变。

图1. 重掺杂金刚石的物理特性测量与表征

       此外，将石墨烯转移至硼氮共掺杂金刚石表面，制备石墨烯/金刚石异质结，将Andreev反射和激子介导的超导相耦合，实现了石墨烯中类似于超导特性的新型电学传输行为，这可能揭示金刚石乃至碳基材料更有趣的超导现象。相关工作以“Superconductivity and metallic behavior in heavily doped bulk single crystal diamond and novel transportation behavior at graphene/diamond heterostructure”为题发表于《Advanced Functional Materials》。

图2. 石墨烯/金刚石异质结低温电学特性测试

       总之，研究人员通过调整金刚石半导体的迁移率，实现了超导态和金属态的块体单晶金刚石。利用石墨烯/金刚石异质结的低温电学测试，进一步发现了其反常的电学传输行为，证实了石墨烯/超导体结中的Andreev反射和激子介导的超导性的共同作用的可能，为实现碳基材料的高温超导提供新的思路。
       原文：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202410876

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