近日，郑州航空工业管理学院材料学院陈雷明教授团队与合作者在新型超导材料研究领域取得重要进展，相关成果发表于国际顶级期刊《美国化学会杂志》（Journal of the American Chemical Society）。

过渡金属硫族化合物（TMDs）是低维超导电性研究的重要平台，尤其在其单层或少数层体系中存在的Ising超导效应备受关注。然而，在传统插层TMDs体系中，研究者长期面临一个“二选一”式的矛盾：一方面，小尺寸离子（如Na⁺、K⁺）插层虽能通过提升费米面态密度提高超导转变温度（T_c），但同时会增强层间耦合，使体系向三维超导行为转变，从而削弱Ising保护；另一方面，大尺寸有机或无机分子插层虽能显著扩大层间距、恢复二维特性，却往往严重抑制T_c，使其降至极低温度，难以深入开展实验研究。因此，如何在宏观体材料中/*-时实现高T_c与强二维Ising超导行为，一直是该领域的核心难题。

图一、(BaS)_1/3TaS₂晶体结构示意图及成分、结构表征结果

针对上述挑战，陈雷明教授团队与上海科技大学郭艳峰教授、华东师范大学杨振中教授组成的联合研究团队，创新性地提出并实现了一种一维链状插层结构。研究团队在2H-TaS₂的双层H-TaS₂之间插入Ba–S–S–Ba原子链，成功构筑了新型晶体结构（图一）。该结构带来了以下三大关键突破：

1、极大层间距：晶体学分析显示，(BaS)_1/3TaS₂的层间距达12.75 Å，是原始2H-TaS₂（约6.04 Å）的两倍以上，有效抑制了层间约瑟夫森耦合。

2、镜面对称破缺：链状插层破坏了体材料的c轴镜面对称，使得原本在多层或体材料中相互抵消的Ising自旋轨道场得以保留，从而稳定了二维Ising超导态。

3、电荷掺杂与电荷密度波（CDW）抑制：插层链向TaS₂层提供电子掺杂，同时压制了竞争性的CDW序（原始2H-TaS₂在约75 K处存在显著CDW转变），从而提升了超导配对效率。

图二、(BaS)_1/3TaS₂基本超导物性表征结果

通过系统的电输运、磁化率和比热测量，研究团队证实了(BaS)_1/3TaS₂的优异超导性能（图二），具体包括：

1、更高的超导转变温度：T_c约3.1 K，显著高于原始2H-TaS₂的~0.9 K；

2、典型的Ising超导特征：面内上临界场约20.4 T，超过弱耦合Pauli极限近4倍；

3、极强的二维电子特征：电阻各向异性比ρ_zz/ρ_xx大于4×10³。

在与多种TMDs超导体系的系统对比中，(BaS)_1/3TaS₂展现出独特的综合优势（图三）：它既不同于小尺寸插层体系（高T_c、低各向异性、强层间耦合），也不同于大尺寸插层体系（大层间距、高各向异性、极低T_c），而是同时占据了“大层间距+高各向异性+相对于母相显著提升的T_c”这一此前空白区域。这一结果打破了长期以来“大层间距/高各向异性”与“高T_c”之间的权衡关系，为设计高性能二维超导体提供了全新思路。

图三、(BaS)_1/3TaS₂各向异性、层间距及超导转变温度与已知体系比较情况

本研究工作受到了郑州航空工业管理学院、河南省航空材料与应用技术重点实验室的支持。郑州航空工业管理学院材料学院硕士生朱子怡、上海科技大学博士生刘祥麒、徐陈、华东师范大学王浩楠为共同第一作者；陈雷明教授、华东师范大学杨振中教授、上海科技大学郭艳峰教授为共同通讯作者；郑州航空工业管理学院为论文第一完成单位。

论文标题：Breaking the Trade-off: Bulk 2D Ising Superconductivity with HighT_cand Giant Interlayer Spacing via a Unique Chain Intercalation in (BaS)_1/3TaS₂

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c01737