图1.（a）薄层2M-WS2的能带示意图，（b）薄层2M-WS2中面外向面内转角的上临界场的演化规律。插图，小角度范围内面外向面内转角的上临界场的演化规律。（c）薄层2M-WS2中面内上临界场的二重简并属性。（d）薄层2M-WS2的归一化电阻在低温强磁场下的各向异性行为。（e）薄层2M-WS2在不同方向面内磁场（9T）下微分电导的演化。（f）薄层2M-WS2超导能隙在面内强磁场下的各向异性行为

基于薄层2M-WS2中的二维超导，课题组利用WM5的输运测量系统研究了薄层2M-WS2在低温强磁场下，面内上临界磁场的行为和超导能隙的演化。研究发现在超导转变温度以下，薄层2M-WS2 的面内上临界磁场大大超出了泡利极限，且呈现出很强的二重简并各向异性（图1c，d）。与之相一致（图1e，f），微分电导测量表明其超导能隙可以存在于远大于泡利极限的面内磁场下，也具有很强二重简并各向异性。理论合作者的平均场理论计算也表明：薄层2M-WS2由于具有拓扑能带翻转特性而产生不对称的自旋-轨道-宇称耦合，这种耦合能有效地钉扎住拓扑能带交叉附近的自旋态并且能够各向异性地重整化外界Zeeman场的影响，从而导致了在上述实验中观测到的超导在面内强磁场下的新奇现象。上述研究也表明，薄层2M-WS2中的超导机制即为自旋-轨道-宇称耦合超导。

该项研究成果首次在实验上发现了自旋-轨道-宇称耦合超导。揭示出在具有拓扑能带翻转特性的二维中心对称超导体中，由于自旋-轨道-宇称耦合的影响，上临界磁场不但可以大大超过泡利极限，并且具有很强的面内各向异性。对于深入理解具有拓扑能带翻转特性的二维中心对称超导体中的奇异超导行为具有重要意义。同时，新型层状单晶超导体2M-WS2在研究中所展现出的独特的物理属性也表明其在探究高阶拓扑超导和新器件方面具有较好的研究价值。

该工作由复旦大学物理学系修发贤课题组，中科院上海硅酸盐研究所董绍明院士、杨金山研究员、黄富强研究员，香港科技大学罗锦团教授，中科院强磁场科学中心张警蕾研究员，英国曼彻斯特大学Sarah Haigh教授，中山大学邹逸超副教授和上海科技大学寇煦丰副教授合作完成。

论文链接： https://www.nature.com/articles/s41567-022-01812-8

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