激子的概念在100多年前被提出，指的是半導(dǎo)體中電子和空穴形成的復(fù)合體。超導(dǎo)也是100年前被發(fā)現(xiàn)，表明材料在某個(gè)溫度下實(shí)現(xiàn)零電阻狀態(tài)。傳統(tǒng)的超導(dǎo)機(jī)制一般是BCS理論，認(rèn)為聲子耦合電子庫(kù)伯對(duì)來(lái)形成超導(dǎo)。但BCS理論指出超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度一般低于40K，稱為麥克米蘭極限。*近有理論物理學(xué)家指出，利用激子來(lái)實(shí)現(xiàn)石墨烯等碳基材料中的耦合電子庫(kù)珀對(duì)，從而可能獲得非常規(guī)超導(dǎo)。金剛石，由于其具有超寬禁帶、超高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、熔點(diǎn)以及熱導(dǎo)率等優(yōu)良物理性質(zhì)，也被譽(yù)為“*半導(dǎo)體材料”。作為碳基半導(dǎo)體材料，在金剛石中引入激子來(lái)實(shí)現(xiàn)非常規(guī)超導(dǎo)很值得期待。

為有效填補(bǔ)單晶金剛石激子超導(dǎo)研究領(lǐng)域的空缺，浙江大學(xué)林時(shí)勝教授利用微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）的方法成功制備出了硼氮共摻雜的塊體單晶金剛石，并成功實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)態(tài)和金屬態(tài)。并利用包括拉曼光譜、XRD、XPS、TEM、SIMS以及ODMR等材料測(cè)試表征手段，有效證明硼氮共摻雜金剛石的單晶特性以及體摻雜的均勻性。通過(guò)有效調(diào)節(jié)金剛石生長(zhǎng)過(guò)程中的壓強(qiáng)、溫度以及氣體摻雜比例等，制備得到的重?fù)诫s金剛石表現(xiàn)出超強(qiáng)導(dǎo)電性，其電阻率*低可達(dá)2.07×10-3?Ω·cm，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為3 K。同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)金剛石半導(dǎo)體的空穴遷移率，將單晶金剛石超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賾B(tài)。

通過(guò)對(duì)超導(dǎo)態(tài)以及金屬態(tài)金剛石樣品進(jìn)行霍爾測(cè)試，初步發(fā)現(xiàn)：低溫狀態(tài)下表現(xiàn)為金屬態(tài)的金剛石樣品其載流子遷移率都明顯低于超導(dǎo)態(tài)金剛石樣品。在P型重?fù)诫s單晶金剛石中，樣品具有較高遷移率其體內(nèi)可以通過(guò)激子或聲子形成配對(duì)，基于激子介導(dǎo)超導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)向超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變；如果金剛石遷移率不夠高，空穴無(wú)法完全配對(duì)，導(dǎo)致向金屬態(tài)轉(zhuǎn)變。

總之，研究人員通過(guò)調(diào)整金剛石半導(dǎo)體的遷移率，實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)態(tài)和金屬態(tài)的塊體單晶金剛石。利用石墨烯/金剛石異質(zhì)結(jié)的低溫電學(xué)測(cè)試，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了其反常的電學(xué)傳輸行為，證實(shí)了石墨烯/超導(dǎo)體結(jié)中的Andreev反射和激子介導(dǎo)的超導(dǎo)性的共同作用的可能，為實(shí)現(xiàn)碳基材料的高溫超導(dǎo)提供新的思路。