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研究背景

鐵基超導(dǎo)體（FeSCs）是一類具有極大潛力的高溫超導(dǎo)材料，因其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)性質(zhì)，成為了近年來研究的熱點(diǎn)。然而，鐵基超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制仍未完全明了，尤其是與其內(nèi)在的各類相變（如磁性、結(jié)構(gòu)畸變）和非傳統(tǒng)的配對機(jī)制之間的關(guān)系，仍然存在諸多挑戰(zhàn)。具體來說，鐵基超導(dǎo)體中常見的旋轉(zhuǎn)對稱性破缺相（即“向列相”）和自旋密度波（SDW）等相變的共存，使得如何獨(dú)立探討向列相與超導(dǎo)性的關(guān)系成為一個難題。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，F(xiàn)eSe_1?xS_x系列鐵基超導(dǎo)體提供了一個理想的研究平臺，因?yàn)樵摬牧系南蛄邢嗯c磁性相分離，可以通過硫的摻雜來調(diào)控向列相的強(qiáng)度，從而幫助研究其與超導(dǎo)性的關(guān)系。

成果簡介

為了解決這一問題，耶魯大學(xué)Pranab Kumar Nag, Kirsty Scott，Eduardo H. da Silva Neto等學(xué)者在Nature Physics期刊上發(fā)表了題為“Highly anisotropic superconducting gap near the nematic quantum critical point of FeSe_1?xS_x”的最新論文。研究發(fā)現(xiàn)，在FeSe_1?xS_x系統(tǒng)中，通過硫的摻雜可以有效調(diào)節(jié)向列相，且該材料在接近量子臨界點(diǎn)時展現(xiàn)出不同的超導(dǎo)配對機(jī)制。盡管在接近量子臨界點(diǎn)時，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度（Tc）沒有明顯增大，但在無磁性相的FeSe_0.81S_0.19中，超導(dǎo)能隙的動量結(jié)構(gòu)卻顯示出明顯的各向異性特征，這與基于自旋漲落的傳統(tǒng)配對機(jī)制相矛盾，而與向列漲落調(diào)制的超導(dǎo)配對機(jī)制相一致。該結(jié)果為深入理解鐵基超導(dǎo)體中的向列相與超導(dǎo)性之間的關(guān)系提供了新的視角，同時也為非傳統(tǒng)超導(dǎo)體中向列相調(diào)控的研究開辟了新的方向。

研究亮點(diǎn)

（1）實(shí)驗(yàn)首次在FeSe_0.81S_0.19中測量了接近量子臨界點(diǎn)處的超導(dǎo)能隙的動量結(jié)構(gòu)，得到超導(dǎo)能隙呈現(xiàn)出高度各向異性，在Fe-Fe方向旋轉(zhuǎn)45°后能隙最小，這一結(jié)果與其他四方Fe基超導(dǎo)體的各向同性能隙結(jié)構(gòu)不同。

（2）實(shí)驗(yàn)通過掃描隧道顯微鏡（STM）和掃描隧道譜（STS）技術(shù)，在接近FeSe_1?xS_x的nematic量子臨界點(diǎn)處，發(fā)現(xiàn)該材料的超導(dǎo)能隙結(jié)構(gòu)與由nematic波動介導(dǎo)的超導(dǎo)機(jī)制的理論預(yù)期一致。該結(jié)構(gòu)在動量空間中表現(xiàn)為具有45°旋轉(zhuǎn)方向的能隙最小，明顯區(qū)別于其他Fe基超導(dǎo)體中由于自旋波動主導(dǎo)的介導(dǎo)配對所表現(xiàn)的近乎各向同性的超導(dǎo)能隙。

（3）通過實(shí)驗(yàn)研究表明，F(xiàn)eSe_0.81S_0.19的超導(dǎo)能隙在溫度升高時逐漸減小，揭示了接近nematic量子臨界點(diǎn)處超導(dǎo)能隙的溫度依賴性。這表明在FeSe_1?xS_x中，nematic波動對超導(dǎo)配對機(jī)制的影響是顯著的，并且可能與傳統(tǒng)的由自旋波動主導(dǎo)的配對機(jī)制有所不同。

圖文解讀

圖1: FeSe_1?xS_x相圖，以及超導(dǎo)FeSe_0.81S_0.19晶體和電子結(jié)構(gòu)。

圖2: FeSe_0.81S_0.19超導(dǎo)態(tài)的準(zhǔn)粒子干涉quasiparticle interfe_0.81ce，QPI和能隙各向異性鑒定。

圖3: 在FeSe_0.81S_0.19中，布里淵區(qū)Bogoliubov 準(zhǔn)粒子干涉QPI。

圖4: 在FeSe_0.81S_0.19中，超導(dǎo)能隙的角度依賴性。

結(jié)論展望

本文通過掃描隧道譜學(xué)（STS）測量，揭示了FeSe_0.81S_0.19中的超導(dǎo)能隙結(jié)構(gòu)與向列相漲落密切相關(guān)，尤其是45°方向上的最小值，這與量子臨界點(diǎn)（QCP）附近的向列相漲落理論高度一致。這表明，向列相漲落不僅在自旋漲落主導(dǎo)的配對機(jī)制中起到重要作用，還可能在超導(dǎo)態(tài)的能隙結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

此外，研究還提出了FeSe_1?xS_x中，隨著x的增加，向列相漲落的影響逐漸增大，超導(dǎo)性和能隙結(jié)構(gòu)隨之變化。這為未來深入探討向列相漲落與超導(dǎo)性之間的關(guān)系提供了新的視角。

研究還提出了需要更高分辨率的低溫譜學(xué)測量，以進(jìn)一步驗(yàn)證超節(jié)點(diǎn)超導(dǎo)態(tài)的可能性。這些發(fā)現(xiàn)不僅豐富了鐵基超導(dǎo)體的配對機(jī)制，也為研究其他量子材料中的漲落與超導(dǎo)性的關(guān)系提供了有益的參考。

文獻(xiàn)信息

Nag, P.K., Scott, K., de Carvalho, V.S. et al. Highly anisotropic superconducting gap near the nematic quantum critical point of FeSe_1?xS_x. Nat. Phys. (2024).?

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/11/20/5f28a9bb13/

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