科学前沿2：单层FeSe薄膜中存在高达83K超导配对温度的谱学证据

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心超导国家重点实验室周兴江研究组的博士生徐煜、戎洪涛、吴定松以及王庆艳副研究员、赵林副研究员等，利用 高分辨角分辨光电子能谱技术 ，对制备的高质量单层FeSe/STO超导薄膜进行了系统的电子结构和超导电性的研究，发现了单层FeSe/STO薄膜在83 K存在超导配对的谱学证据。

他们利用自行研制的 分子束外延系统（MBE） ，通过优化薄膜制备条件，生长出了 超高质量的单层FeSe/STO超导薄膜 ，从而使得他们在高分辨角分辨光电子能谱测量中，不仅能够明显地观察到单层FeSe/STO中的能带劈裂，而且首次观察到由超导诱导的强烈的Bogoliubov回弯能带，该回弯能带甚至可以延伸到费米能级以下100 meV（图1）。在角分辨光电子能谱测量中，超导有两个显著的谱学特征：一是在费米能级附近超导能隙的打开，另一个是超导诱导的Bogoliubov回弯能带的形成。在单层FeSe/STO薄膜中观察到强烈的Bogoliubov 回弯能带，为研究其超导配对温度提供了能隙之外的另一个新的更本征的谱学特征。

他们的研究发现，对具有明显能带劈裂的单层FeSe/STO薄膜，传统的通过谱线对称获取能隙的方法不再适用。他们采用一种新的分析方法，获得了可靠的能隙以及费米能级附近谱重随温度的演变（图2）。

特别是通过直接观测和分析Bogoliubov回弯能带，发现其可以持续到83K，为单层FeSe/STO薄膜在83 K存在超导配对提供了强有力的谱学证据（图3）。

通过分析单层FeSe/STO薄膜在超导配对温区的谱学行为，他们进一步发现超导配对的温区可以进一步划分为 64-83 K和64 K以下两个区域（图4）。

这些结果表明，在单层FeSe/STO薄膜中存在高达83 K的超导配对温度 。对发现的两个温区的理解，目前有两种可能性。一种是83K直接对应超导转变温度 T c；另一种则是64-83 K为预配对区域，存在超导涨落和赝能隙行为，而64K以下配对电子长程相干进入超导态。具体对应哪一种情形还需要进一步的实验来确定。 但无论是哪种可能性，都对铁基超导体中高 T CM的实现以及相关超导机理的理解有着十分重要的意义 。

相关研究结果发表在近期的Nature Communications上，Yu Xu et al.， Spectroscopic evidence of superconductivity pairing at 83 K in single-layer FeSe/SrTiO3 films, Nature Communications 12, 2840 (2021)。上述研究工作获得了国家自然科学基金委、 科技 部和中国科学院等的资助。

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供稿：SC7组