Nature：單分子膜中的對密度波態高Tc鐵基超導體

Alice123 1周前 (06-29) 343瀏覽

作者：金爵

一、【導讀】

鐵基超導體是一類具有高臨界溫度（Tc）的新型高溫超導體。自從它們在2008年被日本科學家鐮田憲二等人首次發現，其研究得到了廣泛關注。鐵基超導體可以根據其晶體結構和化學成分分為五大類：LaFeAsO系列、BaFe2As2系列、LiFeAs系列、Fe(Se,Te)系列和FeSe單層薄膜。它們具有不同的晶體結構和物理性質，但都表現出鐵基超導體的共性：具有高Tc、臨界磁場（Hc）和層狀結構。類似于銅酸鹽，鐵基超導體（FeSC）具有復雜的相圖，具有各種對稱性破壞電子狀態，例如向列序和條紋反鐵磁序。在面內磁場下，在FeSC中在低溫下上臨界場的異常上轉，這被認為是FFLO狀態，在時間反演對稱破缺交換場中，庫珀對可以獲得有限的動量Q，并顯示空間非均勻的對密度，這被稱為Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（FFLO）狀態。然而，在FeSC中對密度波（PDW）順序的直接證據一直缺乏。在FeSC中，在SrTiO3（001）（STO）襯底上生長的單層FeSe和Fe（Te，Se）膜由于高超導轉變溫度和拓撲電子結構而引起了廣泛的關注。最近，已觀察到在STO上生長的非超導多層FeSe中的電荷有序，這提出了一個問題，即PDW是否可以出現在超導單層FeSe或Fe（Te，Se）膜中。

二、【成果掠影】

對密度波（PDW）是一個非凡的超導狀態，其中庫珀對進行非零動量。最近出現了在高溫（高TC）銅酸鹽超導體和Kagome超導體中存在固有PDW順序的證據。然而，鐵基高溫超導體中的PDW順序尚未在實驗中觀察到。在這里，北大王健教授團隊聯合美國馬薩諸塞州切斯特納特山波士頓學院王自強教授團隊，使用掃描隧道顯微鏡和光譜，發現PDW狀態在單層鐵基高TC Fe（Te，Se）薄膜生長在SrTiO3（001）襯底上。通過對局域態密度、超導能隙和糾纏電荷密度波級渦旋周圍PDW的π相移邊界的空間電子調制，在疇壁觀察到周期為λ ≈ 3.6αFe（αFe是相鄰Fe原子間的距離）的PDW態。單層Fe（Te，Se）薄膜中PDW態的發現為研究高溫超導體中相關電子態與庫珀配對之間的相互作用提供了一個低維平臺。該項工作以標題為：“Pair density wave state in a monolayer high-Tc iron-based superconductor”，發表在期刊Nature上。

 

三、【核心創新點】

  1. 觀察到的電子調制預計起源于在疇壁處成核的初級PDW。此外，在疇壁處的空間間隙調制。
  2. 提出一個單向多Q PDW態?PDW(r)。
  3. 發現在疇壁處可以出現新的等自旋配對PDW態，進一步通過模型計算。

四、【數據概覽】

圖1. 1-UC Fe（Te，Se）/STO中沿著Fe-Fe鍵方向的疇壁。?2023 Nature

圖2. 在標記為D1的疇壁處的LDOS的空間調制。?2023 Nature

圖3. 標記為D2的疇壁處的相干峰高度的周期性調制。?2023 Nature

圖4. 標為D3的疇壁處的超導能隙調制。?2023 Nature

圖5. PDW相位中的π相移邊界。?2023 Nature

五、【成果啟示】

CDW、PDW和均勻超導性之間的相互作用在PDW現象的本質中起著關鍵作用。一次CDW有序與均勻超導共存可以誘導二次PDW有序。其中PDW的波矢量Q與CDW的波矢量Q相同。相比之下，在目前的I-UC Fe（Te，Se）膜中，不存在初級CDW狀態（方法）。因此，所觀察到的電子調制預計起源于在疇壁處成核的初級PDW。此外，在疇壁處的空間間隙調制提出一個單向多Q PDW態。在方法中討論了PDW順序的可能場景。將疇壁描述為嵌入的量子結構，我們發現在疇壁處可以出現新的等自旋配對PDW態，這與所觀察的結果一致，并有模型計算的支持。

總之，在1-UC Fe（Te，Se）/STO中探測到一個周期為λ ≈ 3.6αFe的非公度PDW態，它位于疇壁。研究結果表明，量子結構，如自然出現的域壁嵌入在2D FeSCs提供了一個新的材料平臺，研究PDW狀態及其相互作用的拓撲電子狀態和非常規的高TC超導。

原文詳情：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06072-x

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