Nat. Mater. 表面電子摻雜鐵基超導材料性能大大提高

lyh_wv 7年前 (2016-08-18) 4115瀏覽

引語：

當往反鐵磁性基體化合物中摻雜入額外的載流子時，科學家們首次在鐵基超導體中觀察到了非常規的超導性。當嵌套條件滿足電子和空穴口袋分別位于布里淵區的中心和角落，則會獲得最大的臨界轉變溫度Tc。所以一般認為費米面嵌套的不穩定性是超導電性的一個重要成分。而鐵基化合物AFe2Se2（A堿金屬）中37K的臨界轉變溫度（Tc），卻發現了一個大不相同的費米面拓撲結構：無空穴口袋在區域中心，只有電子口袋在區域的角落，不存在嵌套條件。這些化合物的整體電子結構類似于鐵基電子摻雜。在SrTiO3上的單層FeSe超導轉變溫度提高到了100 K，這表明更高的Tc可以通過電子摻雜實現，它迫使費米面（FS）的拓撲結構只留下電子口袋。然而這樣的觀察僅限于硫族化合物。

成果簡介：

在本文中，美國伯克利勞倫斯國家實驗室S.-K. Mo及韓國基礎科學研究所/首爾大學的C. Kim 和Y. K. Kim等人采用角分辨光電子能譜表征，揭示了在最優摻雜的Ba(Fe1-xCox)2As2中，隨著摻雜水平的變化，Tc從24K單調增加到41.5 K。通過垂直向下的帶移，摻雜改變了硫族化合物的整個費米面拓撲結構。這項研究表明，高濃度電子摻雜及其在費米面拓撲結構帶來的變化有利于超導電性，這項發現不僅對于硫族鐵化合物，而且對于氮族鐵化合物也適用。

圖文導讀:

圖1、原始的（OP）及表面電子摻雜優化的(OPD)Ba(Fe1-xCox)2As2電子結構。a，沿著Γ-Μ方向，OP（左邊）和OPD（右邊）的角分辨光電子能譜強度。白色實線在Μ點指示能量分布曲線，揭示向下的帶移。虛線分別標記OP（黑色）和OPD（黃色）的帶色散。OP帶色散覆蓋了14meV下移的OPD。
b，OP（左邊）和OPD（右邊）費米能級處的角分辨光電子能譜強度。由于在OP處的Γ和Μ口袋尺寸相似，所以OPD的費米面顯示出Μ點的電子口袋大于Γ點的空穴口袋。

圖2、表面摻雜和隨溫度變化的超導體帶隙。a-d，在Μ附近電子口袋的kF點處測量溫度的對稱角分辨光電子光譜。其中，（a）為原始的（OP），（b）為摻雜0.33ml鉀，（c）為摻雜0.5ml鉀，（d）為摻雜0.67ml鉀。覆加的藍線和紅線代表采用達因函數擬合OP和OPD的結果。（e）帶隙隨著摻雜濃度的變化（左軸）和在10K下，電子帶底位置相對于原始樣品的移動。f-h分別為 0.33ml（f）、0.5ml（g）、0.67ml（h）鉀摻雜后的帶隙隨溫度的變化。原始未摻雜(OP)的帶隙隨溫度的變化是h圖中的藍色線。在f-h中的黑色虛線代表通過擬合每個數據集繪制BCS譜函數。

圖3、表面摻雜后，臨界轉變溫度Tc的提高和費米面拓撲結構的改變。在本征Ba(Fe1-xCox)2As2相圖中，表面摻雜的Ba(Fe1-xCox)2As2的Tc以紅色方形標記。OP、OPD、OV的費米面拓撲結構見插圖。在右上角的插圖描繪了電荷敏感性。藍色虛線和紅色虛線分別突出本征樣品和表面摻雜樣品的Tc變化趨勢。