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【研究背景】
手性超导体是一类独特的非常规超导体，其超导序参量在动量空间中顺时针或逆时针旋转。这种系统具有内在的时间反转对称性破缺（TRSB），并对拓扑量子计算具有直接影响，因此成为了研究热点。然而，内在手性超导体极其罕见，目前仅有少数有争议的例子，如UTe
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、UPt
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和Sr
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RuO
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。此外，在实际材料制备和器件制造过程中，验证手性超导性存在复杂性和模糊性。这些挑战使得寻找新的手性超导材料变得尤为重要。
鉴于此，加利福尼亚大学洛杉矶分校化学与生物化学系黄昱, Kang L. Wang & 段镶锋教授团队在“Nature”期刊上发表了题为“Unconventional superconductivity in chiral molecule–TaS
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hybrid superlattices”的最新论文。科学家们提出了一种新的策略，即将手性分子引入常规超导体晶格中，从而引入非中心对称性，并可能实现手性超导性。手性分子具有非镜像或反演对称性，这种独特的对称性破缺特性使其在自旋选择性等领域已被广泛研究。通过将手性分子与金属或半导体耦合，研究人员希望利用分子的手性来打破材料的自旋简并性，从而诱导非常规超导性。
本研究中，他们团队探索了手性分子插层的TaS
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杂化超晶格中的非常规超导性。研究结果表明，这种杂化超晶格表现出远超Pauli顺磁极限的异常大的面内上临界场Bc2,||，以及Little–Parks测量中稳健的π相移，这些都表明存在非常规配对对称性。此外，研究还观察到了无场超导二极管效应（SDE），进一步证实了超导状态中的TRSB。这些实验结果表明，晶体原子层与自组装手性分子层之间的相互作用可能会导致独特的拓扑量子材料，从而为设计新的人工量子材料提供了新的路径。通过将具有丰富物理性质的层状晶体与多样化的手性分子相结合，科学家们在拓展非常规超导材料的研究领域中取得了重要进展
【研究亮点】
（1）实验首次探索手性分子插层的TaS
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超晶格，得到了几个重要发现：
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首次展示了手性分子与传统超导体结合，引入非中心对称性的可能性。
l
发现了在这种杂化结构中出现的异常大的面内上临界场Bc
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，超越了Pauli顺磁极限的限制。
（2）实验通过多种测量手段得出以下结果和结论：
l
Little–Parks测量显示了稳健的π相移，暗示存在非常规的配对对称性。
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观察到了无场超导二极管效应（SDE），表明超导态中存在时间反演对称性的破缺。
【图文解读】
图1：手性分子嵌入层状超导体2H–TaS
2
。
图2：相敏Little-Parks测量和π相移。
图3：原始pristine 2H–TaS2，以及非手性分子TaS2插层中的Little-Parks振荡。
图4：在原始pristine和手性分子TaS
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插层中，测量的临界电流Ic。
【结论展望】
本文探索手性分子插层超晶格的非常规超导性，揭示了分子手性在调控超导性质中的关键作用。通过研究发现的异常大的面内临界场和稳健的π相移，我们不仅展示了手性分子对超导对称性影响的实证，还揭示了这种影响可能与拓扑绝缘体和超导体中的特定类别相关联。
此外，无场超导二极管效应的观察突显了超导态中的时间反演对称性破缺，这在正常态中并不显现，进一步加深了对手性分子在超导电性质中的作用理解。这些发现不仅推动了超导材料设计中的新思路，还为实现基于拓扑量子计算的新型材料提供了实验上的支持。
此外，本研究展示了杂化超晶格作为探索拓扑量子材料的潜力，通过结合分子设计和固态晶体的多样性，为定制化调控材料的拓扑性质开辟了广阔的可能性。这些科学启示将促进超导体和拓扑材料研究领域的交叉探索，为开发新一代量子功能材料奠定了理论和实验基础。
文献信息：
Wan, Z., Qiu, G.,
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, H. et al. Unconventional superconductivity in chiral molecule–TaS
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hybrid superlattices. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07625-4
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