在低维超导体中，量子限域效应和界面杂交效应的相互作用可以重塑库珀对的波函数，进而产生非常规的超导态。传统超导体中，s波自旋单重态配对在具有相反动量和自旋的电子之间形成，同时保持反转对称性和时间反演对称性。然而，非常规超导态则展现出独特的库珀配对对称性，这些对称性源于强电子关联、磁涨落和自旋轨道耦合（SOC）等多种机制。其中，SOC在非中心对称超导体中扮演关键角色，其诱导的自旋分裂导致混合奇偶配对态的产生。在二维超导体中，由于维度限制，轨道效应被抑制，库珀对的破坏主要由泡利顺磁极限决定。然而，当反转对称性被破坏并结合强SOC时，会产生类似于Rashba型或Ising型的自旋分裂，进而引发非常规超导现象，如Ising型超导。这类现象已在过渡金属二硫族化合物和少层锡烯等材料中得到证实，但通常依赖于重元素的存在。相比之下，轻元素超导体如超薄镓（Ga）层，由于其弱SOC和自旋简并基态，被认为不太可能实现非常规超导。本研究通过合成夹在石墨烯和6H-SiC(0001)基底之间的受限三层镓（Ga）薄膜，利用量子限域和原子轨道杂交效应，实现了界面诱导的Ising型超导，为轻元素超导体中实现非常规超导提供了新策略。
本研究采用无等离子体限域外延技术，在碳缓冲层的辅助下，于石墨烯覆盖的6H-SiC(0001)基底上合成了三层镓薄膜。具体步骤包括：化学清洗并处理半绝缘6H-SiC(0001)基底，形成约90%的单层石墨烯/缓冲层区域和约10%的缓冲层区域；将处理后的SiC基底置于镓源上方约2.5毫米处，在纯氩气环境中于管式炉中退火30分钟，退火温度约为800°C，氩气压力保持在约500托，流速约为50立方厘米/分钟；镓原子穿透缓冲层，扩散至缓冲层与SiC基底之间，形成约90%的双层石墨烯/三层镓/SiC和约10%的单层石墨烯/三层镓/SiC结构；最终，样品自然冷却至室温，供后续表征和测量使用。顶部的石墨烯层保护了三层镓免受氧化，使样品在空气中稳定。
图1展示了石墨烯/三层镓/SiC异质结构的结构表征结果。图1d通过X射线驻波测量，显示了镓3s峰的光电子产额随光子能量的调制，表明镓元素沿c轴的尖锐原子分布，确认了受限三层镓薄膜的高结晶度。图1e展示了样品S1的电阻-温度曲线，观察到在约256K处出现液态金属结构相关的拐点，超导转变温度Tc约为4.08K。图1f和1g通过STM/STS测量，展示了石墨烯/三层镓/SiC的原子级分辨率图像和超导间隙的均匀性，超导间隙的相干峰位于±0.22 meV，与Tc≈4.08K一致。这些结果验证了受限三层镓薄膜的超导性，并展示了其高质量的结构特性。
文献：https://doi.org/10.1038/s41563-026-02573-y
Orbital-hybridization-induced Ising-type superconductivity in a confined gallium layer
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