超导材料，再登Nature Physics！
学术
2024-11-22 07:02
广东
铁基超导体（FeSCs）是一类具有极大潜力的高温超导材料，因其独特的电子结构和超导性质，成为了近年来研究的热点。然而，铁基超导体的超导机制仍未完全明了，尤其是与其内在的各类相变（如磁性、结构畸变）和非传统的配对机制之间的关系，仍然存在诸多挑战。具体来说，铁基超导体中常见的旋转对称性破缺相（即“向列相”）和自旋密度波（SDW）等相变的共存，使得如何独立探讨向列相与超导性的关系成为一个难题。为了应对这一挑战，FeSe1−xSx系列铁基超导体提供了一个理想的研究平台，因为该材料的向列相与磁性相分离，可以通过硫的掺杂来调控向列相的强度，从而帮助研究其与超导性的关系。为了解决这一问题，耶鲁大学Pranab Kumar Nag, Kirsty Scott，Eduardo H. da Silva Neto等学者在Nature Physics期刊上发表了题为“Highly anisotropic superconducting gap near the nematic quantum critical point of FeSe1−xSx”的最新论文。研究发现，在FeSe1−xSx系统中，通过硫的掺杂可以有效调节向列相，且该材料在接近量子临界点时展现出不同的超导配对机制。尽管在接近量子临界点时，超导转变温度（Tc）没有明显增大，但在无磁性相的FeSe0.81S0.19中，超导能隙的动量结构却显示出明显的各向异性特征，这与基于自旋涨落的传统配对机制相矛盾，而与向列涨落调制的超导配对机制相一致。该结果为深入理解铁基超导体中的向列相与超导性之间的关系提供了新的视角，同时也为非传统超导体中向列相调控的研究开辟了新的方向。
（1）实验首次在FeSe0.81S0.19中测量了接近量子临界点处的超导能隙的动量结构，得到超导能隙呈现出高度各向异性，在Fe-Fe方向旋转45°后能隙最小，这一结果与其他四方Fe基超导体的各向同性能隙结构不同。（2）实验通过扫描隧道显微镜（STM）和扫描隧道谱（STS）技术，在接近FeSe1−xSx的nematic量子临界点处，发现该材料的超导能隙结构与由nematic波动介导的超导机制的理论预期一致。该结构在动量空间中表现为具有45°旋转方向的能隙最小，明显区别于其他Fe基超导体中由于自旋波动主导的介导配对所表现的近乎各向同性的超导能隙。（3）通过实验研究表明，FeSe0.81S0.19的超导能隙在温度升高时逐渐减小，揭示了接近nematic量子临界点处超导能隙的温度依赖性。这表明在FeSe1−xSx中，nematic波动对超导配对机制的影响是显著的，并且可能与传统的由自旋波动主导的配对机制有所不同。
图1: FeSe1−xSx相图，以及超导FeSe0.81S0.19晶体和电子结构。图2: FeSe0.81S0.19超导态的准粒子干涉quasiparticle interfe0.81ce，QPI和能隙各向异性鉴定。图3: 在FeSe0.81S0.19中，布里渊区Bogoliubov 准粒子干涉QPI。图4: 在FeSe0.81S0.19中，超导能隙的角度依赖性。
本文通过扫描隧道谱学（STS）测量，揭示了FeSe0.81S0.19中的超导能隙结构与向列相涨落密切相关，尤其是45°方向上的最小值，这与量子临界点（QCP）附近的向列相涨落理论高度一致。这表明，向列相涨落不仅在自旋涨落主导的配对机制中起到重要作用，还可能在超导态的能隙结构中产生深远影响。此外，研究还提出了FeSe1−xSx中，随着x的增加，向列相涨落的影响逐渐增大，超导性和能隙结构随之变化。这为未来深入探讨向列相涨落与超导性之间的关系提供了新的视角。研究还提出了需要更高分辨率的低温谱学测量，以进一步验证超节点超导态的可能性。这些发现不仅丰富了铁基超导体的配对机制，也为研究其他量子材料中的涨落与超导性的关系提供了有益的参考。Nag, P.K., Scott, K., de Carvalho, V.S. et al. Highly anisotropic superconducting gap near the nematic quantum critical point of FeSe1−xSx. Nat. Phys. (2024). https://doi.org/10.1038/s41567-024-02683-x🏅 我们提供专业的第一性原理、分子动力学、生物模拟、量子化学、机器学习、有限元仿真等代算服务。🎯我们的理论计算服务，累计助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果，计算数据已发表在Nature & Science正刊及大子刊、JACS、Angew、PNAS、AM系列等国际顶刊。 👏👏👏
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