按照量子力学，电子在一维方势阱中受限运动时其能级将变成分立的，这些分立能级称为量子阱态，量子阱态的形成会导致费米面附近电子态密度的重新分布和变化。在凝聚态材料中，材料的很多性质和基本参量取决于电子在费米面附近的分布。因此，量子阱态导致的费米面附近电子态密度的变化会改变这些性质和参量，从而导致材料奇特的物理和化学性质，是最近材料科学、物理和化学等学科发展中的一个重要基本问题。

    半导体或绝缘体衬底上的金属薄膜材料是一个理想的一维方势阱体系。在这种体系中，电子运动被半导体能隙和真空势垒限制在金属薄膜对应的势阱中。由于金属电子的费米波长很短，要观察到显著的量子效应，薄膜的厚度就要达到纳米尺度且其形貌要有原子级的平整度。但是，对绝大多数金属/半导体异质结体系来讲，由于晶格和原子间成键特性的差异，控制性重复性地制备出高质量的薄膜材料是极其困难的。因此，制备金属材料的一维方势阱体系在材料科学上是一个很大的挑战。

    物理所薛其坤和贾金锋领导的研究小组，采取低温生长方法，战胜了这一材料科学难题，成功在Si衬底上制备出了具有原子级平整度且在宏观范围内均匀的铅薄膜，并实现了薄膜厚度一个原子层一个原子层变化的精确控制，这实际上就是制备出了一个理想的、势阱宽度可调的一维方势阱体系。他们与物理所赵忠贤、王恩哥以及美国牛谦和邱子强等教授领导的研究小组合作，从实验和理论上系统地研究了量子效应对电子结构的影响，观察到了量子阱态形成对费米能级附近电子态密度和电声子耦合强度的调制行为，观察到了Pb薄膜超导转变温度随薄膜厚度的振荡现象。

    该工作得到美国Science杂志两位评审人的高度评价。一位评审人写道：“该文章报道了一个漂亮的实验，证明了量子尺寸效应对薄膜超导电性的影响，这是一个对固体物理学发展具有重要基础意义的问题”，“低温物理学和表面科学是传统意义上两个不同的学科，很少有交叉，该工作则把从表面科学发展起来的最新薄膜材料制备技术巧妙地运用到了超导领域重要问题的研究中，这些结果非常重要，强烈推荐该文章在Science发表”。另一个评论道：“这是一个漂亮工作，作者制备出了质量极好的薄膜，成功观察到了超导温度的振荡，值得在Science上发表。”

    Science编辑部在发表该文的同时还邀请了世界著名科学家、金属薄膜量子效应研究的开拓者之一T. C. Chiang教授撰文在同一期的“Perspectives”栏目上专门对该工作进行了评价。Chiang教授指出，从上世纪六十年代人们就已开始探索薄膜厚度对超导性质的影响，并从理论上预期了超导性质随薄膜厚度的振荡行为，但由于材料质量问题，以上问题一直未能解决。Guo等人制备出了原子级平整的薄膜，观察到了超导温度的振荡行为，很好地解释了量子化能级与超导电性的关系，对该问题给出了确定性和定量性的证明。Chiang教授还高度评价到，该工作把这类实验的精确度和完美性提高到了一个新的水平。

    研究结果发表在12月10日的Science上，在同期的“Perspectives”和“This Week in SCIENCE”两个栏目被进一步介绍。该工作得到了中科院知识创新工程、国家自然科学基金委和科技部“973”项目的资助。