近日，物理系上海市高温超导重点实验室尹鑫茂教授等合作者在美国AIP旗下顶级应用物理期刊《Applied Physics Reviews》发表题为《Detection of two-dimensional small polarons at oxide interfaces by optical spectroscopy》的论文，并被编辑部甄选为期刊亮点论文（Featured Article）。太阳集团tyc539陈智新兼职教授为第一作者，尹鑫茂教授为论文的通讯作者，太阳集团tyc539物理系上海市高温超导重点实验室是论文的第一完成单位和通讯单位。上海市高温超导重点实验室的蔡传兵教授、研究生陈顺风等也参与了部分工作。
超导是凝聚态物理学极其重要的研究领域，探寻超导机理、实现更高温超导技术应用一直是世界科学研究前沿。超导基础科学研究对提高国家科技竞争力、强化国家战略科技力量至关重要。近年来，科学家们在低维领域又发现了一个新的超导体系——氧化物界面超导。不同于魔角双层石墨烯，超导发生在由两种不同的绝缘体氧化物材料结合形成的异质界面上，例如铝酸镧(LaAlO3)/钛酸锶(SrTiO3)和铝酸镧(LaAlO3)/钽酸钾(KTaO3)界面。该体系的发现不仅为超导器件应用提供了新的思路，也为利用不同界面材料研究非常规超导机理和找寻提高超导转变温度的方法提供了一个理想的实验平台。此外，由于电荷、自旋、轨道和晶格等多个自由度之间的耦合，氧化物界面处存在丰富的准粒子以及新奇的物理现象，在发展下一代氧化物电子器件方向有着巨大潜力。
在这篇最新论文中，尹鑫茂教授团队利用高分辨率椭圆偏振光谱技术首次在LaAlO3/SrTiO3 (LAO/STO)导电界面上直接观测到二维小极化子（一种由于过量电荷与声子振动之间的近程耦合效应而出现的准粒子），而此前在这种界面系统中仅有大极化子的相关报道。这种二维系统中的强束缚极化子极有可能在多体现象中发挥关键作用，尤其是对于理解超导中的非常规库珀配对有着十分诱人的前景。同时，该论文解决了氧化物界面领域一个长期存在、悬而未决的难题：实验测量的界面载流子密度显著低于理论值，从而为氧化物异质界面二维电子气的起源提供了新的实验证据。本研究揭示了周期晶格破缺诱导的准粒子效应及其与复杂氧化物界面奇异现象的联系，为异质界面极化效应与超导性的关系提供了新的见解。此外，对二维系统中极化子动力学的基本理解有助于更好地理解电荷输运和其他相关的能量转换应用，例如高效热电、分子催化、自旋极化器件、电化学储能等。在实验检测手段上，该工作证实了椭圆偏振光谱可用来检测和定位埋藏界面处的极化态和其他新出现的量子特性的光学证据，是进一步研究氧化物异质界面系统的强有力技术。
尹鑫茂教授是太阳集团tyc539上海市高温超导重点实验室的国家级青年人才。本工作得到中国科学院战略重点研究项目(项目批准号:No. 9502)、国家自然科学基金项目(52172271)和国家重点研发计划项目(No. 2022YFE03150200)的支持。近年来，其所在的上海市高温超导重点实验室在高温超导关键成材技术、超导量子磁通涡旋、超导量子约瑟夫森结型器件、非常规高温超导、强关联氧化物电子自旋和超导强电应用等方向上形成了很好的国际化研究氛围，实验室青年人才在量子功能材料与高温超导领域具有很好的国际影响力，近年来主办国内外学术会议或在重要学术会议上作大会报告20余次，主持或参与国家重点研发计划、中科院战略先导专项或上海市重大重点项目、国家标准等十多项。
文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0141814
