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研究快讯 | FeSe超导体的反常能带劈裂和强各向异性超导能隙随掺硫的奇异演变

已有 270 次阅读 2022-5-19 22:46 |系统分类:论文交流

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原文已发表在CPL Express Letters栏目

Received 18 March 2022; 

online 23 April 2022


EXPRESS LETTER

Unusual Band Splitting and Superconducting Gap Evolution with Sulfur Substitution in FeSe

Yuanyuan Yang (杨媛媛), Qisi Wang (王奇思), Shaofeng Duan (段绍峰), Hongliang Wo (沃弘樑), Chaozhi Huang (黄超之), Shichong Wang (王石崇), Lingxiao Gu (顾凌霄), Dong Qian (钱冬), Jun Zhao (赵俊), and Wentao Zhang (张文涛)

Chin. Phys. Lett. 2022 39 (5): 057302


文章亮点

证实了FeSe1−xSx超导体中反常能带劈裂的普遍存在及其带有节点性质的各向异性超导能隙,揭示了FeSe超导体中向列相与超导配对强度的内在联系。

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FeSe超导体的反常能带劈裂和强各向异型超导能隙随掺硫的奇异演变


研究背景

量子材料中的电子向列相(nematic phase),即电子态的旋转对称性破缺但仍然保持着平移对称性,这种奇异电子态在铜氧化物超导体、铁基超导体及最近发现的笼目晶格结构超导体中普遍存在。研究这种电子向列相与高温超导配对的内在关联是理解高温超导体配对机制的重要内容,也是目前凝聚态物理尤其是高温超导的研究热点。铁基超导体家族相图中的这种电子向列相与超导电性共存的特征,以及超导电性随向列相的奇异变化意味着它们之间可能存在某种内在联系,但长期以来存在着争议。


内容简介

FeSe是铁基超导体家族中结构最简单的材料,通过等价化学掺杂即S取代Se得到的相图中仅有超导、向列相及与电子向列相有关的结构相变,而无长程有序的磁结构等其他物态,这为直接研究电子配对与向列相的关联提供了良好的平台。由于FeSe1−xSx体系的超导转变温度低(10 K左右)、超导能隙较小(2至3 meV),而且低温下有互相垂直的正交相畴的出现,精确研究其超导能隙随向列相的演化非常困难,为此需要超高能量分辨、极低温、小光斑、具有动量分辨的实验技术对其展开研究


最近,上海交通大学张文涛、钱冬和复旦大学赵俊研究组合作,利用自行研制的超高能量分辨角分辨光电子能谱(能量分辨率高于0.4 meV)对系列高质量S掺杂的FeSe1−xSx单晶样品的能带结构和超导能隙进行了系统的研究。在温度为4.5 K的条件下,所测得的最窄超导相干峰宽度约为1.5 meV,接近热展宽极限,证实了实验中的超高能量分辨率和高样品质量。研究发现:1)所有的FeSe1−xSx样品布里渊区中心的空穴型能带存在异常劈裂,约为3 meV。这种能带劈裂可能源于额外的对称型破缺,但难以用基于时间反演对称性破缺的铁磁态或空间反演对称性破缺的Rashba自旋劈裂进行解释。2)两个空穴型费米面上的超导能隙均表现为强各向异性并极有可能存在节点。3)随着S掺杂增多,外侧空穴型费米面的超导能隙减小,同时向列相电子态各向异性减弱;然而不同的是,内侧空穴型费米面的超导能隙几乎不变。


研究意义和重要性

该研究结果揭示了向列相的出现及增强与超导配对的增强存在着内在联系,超导配对的增强可能源于与向列相密切相关的轨道选择电子自旋涨落,为理解FeSe中的超导配对机制提供了重要实验依据。


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