超导与铁电是两种重要的量子物态，但由于其对载流子需求的根本矛盾——超导需要很高的载流子浓度，而铁电通常出现在绝缘体中，自由电荷会屏蔽长程相互作用——在同一体系中实现超导与铁电的共存极具挑战性。尽管金属性与铁电极化共存的概念早已被提出，并陆续在各种极化金属中得以验证，但在超导体中实现可切换的铁电极化态（进而调控超导态）依然鲜有报道。基于KTaO₃的氧化物界面体系，因其量子顺电和二维超导特性，成为研究超导与铁电共存的理想平台之一。

近日，物理学院谢燕武教授课题组通过施加背底栅压的技术手段，在LaAlO₃/KTaO₃（LAO/KTO）氧化物界面体系中，发现了铁电极化与二维超导的共存现象，栅压调控之后界面体系存在稳定的电阻双态、并伴随着超导转变温度（T_c）的普遍提升（图1a-c）。

图1.背底栅压极化操作后LaAlO₃/KTaO₃界面中普遍提高的T_c、可切换的电阻双态；

在50 K以下出现的滞回现象与横向光学声子模。

研究团队通过脉冲激光沉积技术（PLD），制备了上百个LAO/KTO超导样品，通过±200 V背底栅压极化操作后，发现样品T_c普遍提升了0.2~0.6 K。此外，根据极化操作的不同方向，样品的正常态电阻显示出两种稳定态（“0⁺”和“0^-”），形成了典型的电滞回线，表现出可切换的铁电行为（图1b，e）。低温拉曼测试（图1d）中观察到50 K以下出现了极化光学声子模，为铁电极化的存在提供了直接证明。

通过进一步的电输运测试，研究团队提出：该体系中铁电与超导共存于界面处，铁电极化通过调控界面势阱宽度来影响超导电性（图2）。T_c的提升是由于极化操作引起的介电常数（ε）降低，进而使得界面势阱变窄。电阻双稳态则由于两种极化方向对界面势阱的进一步调制，可切换的极化方向会引入不同方向的内建电场，从而实现对势阱宽度的非易失性调控。该研究为进一步探索铁电、超导的相互作用提供了有前景的平台。

图2.铁电极化对界面电势阱的影响。

该成果以“Enhanced superconductivity and coexisting ferroelectricity at oxide interfaces”为题，近日发表于《Nature Communications》，论文共同第一作者是浙江大学物理学院博士后张蒙、博士生秦鸣与孙艳秋博士（已毕业，现于中科院物理所从事博士后研究），通讯作者是谢燕武教授，其他作者包括物理学院洪思远博士以及中科院物理所周毅研究员。该工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、量子科学与技术创新计划等的大力支持。

文章信息：Meng Zhang#*, Ming Qin#, Yanqiu Sun#, Siyuan Hong, Yi Zhou, Yanwu Xie*. Enhanced superconductivity and coexisting ferroelectricity at oxide interfaces. Nat Commun (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-66903-5

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-66903-5