单层铁硒（FeSe）薄膜生长在钛酸锶（SrTiO3）衬底上之后，可以获得约65 K的超导配对温度，相对于FeSe块材得到了极大的提高，引发了人们广泛的兴趣和关注。其中氧化物衬底与FeSe薄膜之间的界面被认为对超导增强起到了重要作用。通过改换衬底，探索不同界面对FeSe薄膜的超导电性的影响可以为进一步研究其中的超导机理提供关键的信息。此前人们仅在SrTiO3、BaTiO3、TiO2等几种钛氧化物衬底与单层FeSe形成的FeSe/TiOx界面中发现高温超导。我们尝试在一种非钛氧化物——铁酸镧（LaFeO3）衬底上生长单层FeSe薄膜，成功获取了高质量的样品。我们利用高分辨的扫描透射电镜（STEM）确定了它具有一种全新的FeSe/FeOx界面，并在这个体系中观察到了17 meV的超导能隙，以及相应的80 K的超导配对温度，这在目前所有的界面超导体系中是最高的。该体系也是第一个FeSe/TiOx界面以外的具有高温超导的界面体系。更为重要的是，我们在该体系中验证了界面电声子相互作用对超导的增强机制在FeSe与氧化物形成的界面超导当中是普适的。同时，通过将FeSe/FeOx与FeSe/TiOx界面对比，我们发现通过缩短界面间距可以提高界面电声子耦合强度从而增强超导，为将来设计高温超导界面提供了全新的思路。

文章发表于：Y. H. Song, Z. Chen, Q. H. Zhang, H. C. Xu, X. Lou, X. Y. Chen, X. F. Xu, X. T. Zhu, R. Tao, T. L. Yu, H. Ru, Y. H. Wang, T. Zhang, J. D. Guo*, L. Gu*, Y. W. Xie*, R. Peng*, D. L. Feng*, High temperature superconductivity at FeSe/LaFeO3 interface, Nat. Commun. 12, 5926 (2021)

图：(a) 单层FeSe/LaFeO3原子结构示意图 ；(b) 扫描透射电镜高角环形暗场像； (c) 角分辨光电子能谱得到的样品布里渊区M点能带；(d) M点费米穿越处超导能隙 (e) 不同磁场下的互感抗磁信号

具有4f1电子构型的重费米子材料已经获得了广泛的研究，例如其中的c-f杂化及其变温行为很好地解释了低温下比热系数的异常。然而，不同于4f1电子构型材料，对4f2电子构型材料的研究非常匮乏，尚没有对其微观电子行为的系统性实验研究。Kondo杂化行为在4f1、4f2电子构型材料中会有什么区别？这个依然是个亟待解决的问题。
填充型方钴矿结构材料CeOs4Sb12、PrOs4Sb12为这一研究方向提供了理想的平台：具备4f1电子构型的COS存在Kondo杂化导致的绝缘体转变，而具备4f2电子构型的POS是一个重费米子超导体。通过角分辨光电子能谱（ARPES）研究，我们揭示了这一区别的微观起源。二者在eV尺度上的电子结构相似[Fig. 1]，反映了ROs4Sb12 (R = 稀土元素)系统的共性。然而，导带电子和f电子的杂化差异明显。在COS中我们观察到了导带电子和f电子的强烈杂化以及因此产生的能带依赖的能隙，并通过变温实验直接观测了Kondo绝缘态的形成[Fig. 2(a)]。虽然4f2电子构型的基态亦是带磁性的自旋单态，POS中导带电子和f电子的杂化显得强度有限且非相干[Fig. 2(b)]。该现象可以通过由热激发产生的非磁性自旋三态的Kondo散射理解。我们的结果不仅推动了对COS和POS迥异物性的研究，而且为理解4f1、4f2电子构型重费米子材料提供了清晰的微观图像。

Fig. 1: CeOs4Sb12、PrOs4Sb12的电子结构。

Fig. 2: CeOs4Sb12的共振变温结果、PrOs4Sb12的共振和非共振结果对比。

文章发表于：X. Lou, T. L. Yu, Y. H. Song, C. H. P. Wen, W. Z. Wei, A. Leithe-Jasper, Z. F. Ding, L. Shu, S. Kirchner, H. C. Xu, R. Peng, and D. L. Feng, Distinct Kondo Screening Behaviors in Heavy Fermion Filled Skutterudites with 4f1 and 4f2 Configurations, Physical Review Letters 126.13 (2021): 136402