封面文章

Co-doped BaFe₂As₂ Josephson junction fabricated with a focused helium ion beam

Ziwen Chen(陈紫雯), Yan Zhang(张焱), Ping Ma(马平), Zhongtang Xu(徐中堂), Yulong Li(李宇龙), Yue Wang(王越), Jianming Lu(路建明), Yanwei Ma(马衍伟), and Zizhao Gan(甘子钊)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (4):  047405

文章亮点介绍

约瑟夫森效应是超导体中的一种量子现象，它允许超导体之间的库珀对通过一个薄绝缘层或弱链接进行无耗散的隧穿，成为构建超导电子学器件的核心基础。同样，通过制备好的约瑟夫森结来观察约瑟夫森效应，在研究非常规铁基超导体的基础物理方面也发挥着至关重要的作用。

本工作利用高能聚焦氦离子束（FHIB）直接结制备技术，在国际上首次成功实现了基于聚焦氦离子束制备方法制备的掺Co的BaFe2As2薄膜约瑟夫森结，并研究了不同氦离子辐照剂量下结的电气传输特性。发现这些结在24 K 附近出现了尖锐的超导转变，转变宽度窄至2.5 K，并且出现了与剂量相关的特征电阻变化，这与He⁺ 辐照对结特性的有效调节是一致的。增加He⁺辐照剂量后，Jc 还可显著抑制两个数量级以上，这对实现低噪声离子阱薄膜器件非常有利。同时，在10 GHz微波辐照下，可以观察到明显的夏皮罗阶跃，证实了约瑟夫森结制备成功。

本文对于理解和利用聚焦氦离子束辐照在超导体材料上的应用，特别是在制造约瑟夫森结方面的研究具有重要意义，该方法也首次在铁基超导约瑟夫森结制备中得到很好的验证。通过系统地研究辐照剂量对超导性质的影响，这项工作为铁基超导电子学器件的加工提供了实验数据和理论基础，也为今后研究铁基超导体的机理以及发展高温铁基超导电子学器件奠定了基础。

Fig. 5. The I–V curves exhibiting Shapiro steps measured under different microwave radiation power for junctions (a) with dose D = 200 ions/nm measured at 2 K and (b) D = 300 ions/nm measured at 3 K. The I–V curves without microwave radiation are also presented to show the significant Ic suppression in the presence of microwave radiation.

亮点文章

Coexistence of Dirac and Weyl points in non-centrosymmetric semimetal NbIrTe₄

Qingxin Liu(刘清馨), Yang Fu(付阳), Pengfei Ding(丁鹏飞), Huan Ma(马欢), Pengjie Guo(郭朋杰), Hechang Lei(雷和畅), and Shancai Wang(王善才)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (4):  047104

文章亮点介绍

四重简并的狄拉克点是由两个手性相反的外尔点重合在布里渊区的高对称点和高对称线上形成的，并且需要确定晶体对称性的保护（例如C₄对称性）。通过对狄拉克半金属破缺时间反演或者中心反演对称性，狄拉克半金属能够转变为外尔半金属。因此狄拉克点和外尔点通常出现在不同的材料中，但是在非中心反演对称的材料中也能够同时存在狄拉克点和外尔点（例如SrHgPb）。这类拓扑半金属的狄拉克点通常是在高对称轴上并且被C_4v 和C_6v 对称性保护。事实上，没有中心反演对称的非简单空间群能够保护在高对称点上的狄拉克点。因此，寻找非简单空间群保护的在高对称点上的狄拉克点的外尔半金属并且研究其新奇的物理性质非常重要。

本文作者利用角关联电子谱实验、对称性分析和第一性原理电子结构计算，证明第二类外尔半金属NbIrTe₄具有非简单空间群对称性保护的在高对称点上的狄拉克点以及其在不同截止面上存在连接相反外尔点的拓扑保护的费米弧。本研究为探索基于狄拉克费米子和外尔费米子共存的新型电子器件开辟了道路。

Fig. 1. (a) Spectral function of NbIrTe₄. (b) ARPES 2D curvature intensity plot at k_z = p along high symmetry directions U–Z–U. The red and blue points represent Weyl point with opposite chirality.

亮点文章

Symmetry transformation of nonlinear optical current of tilted Weyl nodes and application to ferromagnetic MnBi₂Te₄

Zhuo-Cheng Lu(卢倬成) and Ji Feng(冯济)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (4):  047303

文章亮点介绍

外尔半金属的无能隙激发特性以及非平庸的拓扑性质，使其成为红外频段和太赫兹频段光学探测的理想研究平台。尽管外尔半金属的低能激发由外尔节点主导而外尔节点由倾斜和手性表征，目前对于这些特性具体如何影响其非线性光电导率仍缺乏系统的讨论。

在本研究中，我们提出外尔节点的非线性光电导率可以拆分为手性依赖和手性无关的两部分，并讨论了它们与量子度规和贝里曲率等几何量的联系。我们进一步研究了倾斜的改变如何影响这两部分光电导率，并最终提出了一个根据外尔节点的倾斜和手性表征其非线性光电导率的理论。作为示例，我们研究了只有一对外尔节点的铁磁相MnBi₂Te₄的非线性光响应，提出可以利用手征反常和泡利阻塞来选择性的打开和关闭外尔节点的光响应，进而实现磁电调控的非线性光电流。这一结论完全基于外尔节点的倾斜和手性的认识，表明了我们公式的实用性。本工作不仅深化了对外尔半金属中非线性光响应的理解，还为未来基于外尔半金属的光学器件的研发提供了理论指导。

Fig. 4. Magnetoelectrically regulated photocurrents in ferromagnetic MnBi₂Te₄. Panels (a)–(d) respectively show the directions of the external electromagnetic fields and the directions of the photocurrents j₀ and j_χ when node I, II, II', or I' is selectively activated. Weyl nodes marked in dark and light colors correspond to activated and deactivated Weyl nodes, respectively. In the presence of chiral imbalance, the chemical potentials (indicated by the black dashed lines) are different within the pair of Weyl nodes.

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Improving the electrical performances of InSe transistors by interface engineering

Tianjun Cao(曹天俊), Song Hao(郝松), Chenchen Wu(吴晨晨), Chen Pan(潘晨), Yudi Dai(戴玉頔), Bin Cheng(程斌), Shi-Jun Liang(梁世军), and Feng Miao(缪峰)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (4):  047302

文章亮点介绍

近年来，具有原子层厚度和优异静电调控性能的二维半导体受到学术界和产业界的广泛关注。其中，InSe因其较小的有效质量，展现出极具竞争性的电子迁移率，有望成为后摩尔时代构筑高性能场效应晶体管的重要候选者。但是，InSe晶体管的性能极易受到界面特性的影响，使得器件性能的提升面临挑战。

 本工作通过系统的界面工程研究显著提升了InSe晶体管的电学性能。通过利用h-BN和石墨烯分别作为介电层和电极材料，构筑了石墨烯/InSe/h-BN晶体管。在室温下，该器件的开态电流达到1.1 mA/µm，场效应迁移率为904 cm²·V^-1·s^-1，电流开/关比超过10⁶。理论计算表明，石墨烯/InSe异质结构中显著的层间电荷转移和弱层间相互作用有助于提升InSe晶体管的性能。本研究提供了一种有效提升InSe晶体管电学性能的策略，为其在未来集成电路中的应用奠定了基础。

Fig. 2. (a) The schematic fabrication processes of graphene/InSe/h-BN vdW heterostructure and corresponding device structure, in which graphene serves as electrodes to improve the metal/semiconductor contact while h-BN can effectively decrease scattering effect from dielectric layer. (b), (c) The output and transfer characteristic curves of graphene/InSe/h-BN heterostructure-based transistors, respectively.

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Localization effect in single crystal of RuAs₂

Zhe-Kai Yi(易哲铠), Qi Liu(刘琪), Shuang-Kui Guang(光双魁), Sheng Xu(徐升), Xiao-Yu Yue(岳小宇), Hui Liang(梁慧), Na Li(李娜), Ying Zhou(周颖), Dan-Dan Wu(吴丹丹), Yan Sun(孙燕), Qiu-Ju Li(李秋菊), Peng Cheng(程鹏), Tian-Long Xia(夏天龙), Xue-Feng Sun(孙学峰), and Yi-Yan Wang(王义炎)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (4):  047501

文章亮点介绍

局域化效应是凝聚态物理和无序系统中的一个重要概念。该效应不仅包含深刻的物理内容，也会对材料的输运性质产生显著影响。过渡金属磷族化物XPn₂ (X=过渡金属; Pn=磷族元素)表现出丰富的物理性质，RuAs₂作为其中一员，其单晶仍有待合成和研究。本项工作中，我们制备了高质量大尺寸的RuAs₂单晶，对其磁输运和热学性质开展了详细研究。研究发现，RuAs₂展现出半导体行为和局域化效应。随着温度降低，电子传输行为经历了从正常态到弱局域化态下的扩散输运，再到强局域化态下变径跃迁输运的转变。该转变可以反映在电阻率和塞贝克系数的测量中。负磁阻现象伴随着局域化效应的产生而出现，从中拟合提取的相位相干长度也表明了导电机制从弱局域化到变径跃迁的转变。本研究表明RuAs₂单晶是研究局域化效应的合适平台。

Fig. 2. (a) Temperature dependence of the resistivity of RuAs₂ single crystal. Inset: lnρ plotted as a function of T⁻¹. (b) lnρ plotted as a function of T^−1/4. (c) and (d) The qualitative pictures of the interference effects in WL model and VRH model, respectively.

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