Crossover from Ising- to Rashba-type superconductivity in epitaxial Bi2Se3/monolayer NbSe2 heterostructures

超导电性 凝聚态物理 异质结 分子束外延 拓扑绝缘体 单层 材料科学 光电发射光谱学 伊辛模型 外延 物理 纳米技术 X射线光电子能谱 图层(电子) 核磁共振
作者
Hemian Yi,Lun-Hui Hu,Yuanxi Wang,Run Xiao,Jiaqi Cai,Danielle Reifsnyder Hickey,Chengye Dong,Yi‐Fan Zhao,Ling‐Jie Zhou,Ruoxi Zhang,Anthony Richardella,Nasim Alem,Joshua A. Robinson,Moses H. W. Chan,Xiaodong Xu,N. Samarth,Chao‐Xing Liu,Cui‐Zu Chang
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:21 (12): 1366-1372 被引量:37
标识
DOI:10.1038/s41563-022-01386-z
摘要

A topological insulator (TI) interfaced with an s-wave superconductor has been predicted to host an unusual form of superconductivity known as topological superconductivity (TSC). Molecular beam epitaxy (MBE) has been the primary approach in the scalable synthesis of the TI/superconductor heterostructures. Although the growth of epitaxial TI films on s-wave superconductors has been achieved, it remains an outstanding challenge for synthesizing atomically thin TI/superconductor heterostructures, which are critical for engineering the TSC phase. Here, we used MBE to grow Bi2Se3 films with the controlled thickness on monolayer NbSe2 and performed in-situ angle-resolved photoemission spectroscopy and ex-situ magneto-transport measurements on these Bi2Se3/monolayer NbSe2 heterostructures. We found that the emergence of Rashba-type bulk quantum well bands and spin-nondegenerate surface states coincides with a marked suppression of the in-plane upper critical magnetic field of the superconductivity in Bi2Se3/monolayer NbSe2 heterostructures. This is the signature of a crossover from Ising- to Rashba-type superconducting pairings, induced by altering Bi2Se3 film thickness. Our work opens a new route for exploring a robust TSC phase in TI/Ising superconductor heterostructures.

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