对单层FeSe的能带结构和超导的界面工程调控

在体材料的铁基超导中,超导转变温度的最高纪录一直是56K。而最近,在SrTiO3衬底上的单层FeSe薄膜中,超导电性得到大大提升,人们发现它具有高达65K的超导配对温度。然而,界面如何提升FeSe的超导至今仍然是一个谜题。此外,如何将配对温度提升至液氮温度也成为研究的焦点,如果能够实现就可能促进未来高性价比的超导器件应用。

利用分子束外延生长,我们把界面氧化物从Nb:SrTiO3换成了Nb:BaTiO3 [Fig.1(a)]. Nb:BaTiO3面内晶格极度拉伸的单层FeSe上,我们发现其超导能隙的闭合温度高达75K [Fig.1(b)],打破了铁基超导体和单原子层薄膜超导温度的最高纪录,提升了未来超导器件的应用的前景。此外,结合原位的角分辨光电子研究,我们比较了基于FeSe的异质结在不同界面、应力以及厚度情况下电子结构和超导能隙的变化。不同的界面氧化物会改变单层FeSe的电子关联作用和超导配对温度。更为重要的是,我们的研究排除了超导和拉伸应力、界面声子能量的直接关系,并发现FeSe和氧化物的界面对超导有着关键性且不平凡的作用 [Fig.1(c)]。根据我们的实验结果,我们提出了界面诱发/界面增强库珀配对的可能机制 [Fig.1(d)]。这些结果给高温超导研究带来了全新的微观视角,并且为进一步通过界面调控提高超导相变温度提供了重要的线索。

论文见:R. Peng, H. C. Xu, S. Y. Tan, H. Y. Cao, M. Xia, X. P. Shen, Z. C. Huang, C. H. P. Wen, Q. Song, T. Zhang, B. P. Xie, X. G. Gong, D. L. Feng, Tuning the band structure and superconductivity in single-layer FeSe by interface engineering, Nature Comm. 5, 5044 (2014).
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