薛其坤研究团队在单层FeSe/SrTiO3界面超导的超快动力学研究方面取得进展

2016年3月23日

       2012年薛其坤研究团队发现了单层FeSe/SrTiO3(FeSe/STO)体系具有高温超导电性,并认为界面增强的电-声子相互作用是该体系超导电性增强的重要原因(Chin. Phys. Lett. 29, 037402 (2012))。该研究工作建立了国际高温超导研究的一个新的研究方向,引起了国际超导界的高度关注,目前很多国内外研究组随后都开始了该体系的电子结构、掺杂机理及超导机理等方面的研究并取得重要成果。

       为了更好地理解该界面超导体系的电-声子相互作用,清华大学低维量子物理国家重点实验室薛其坤、马旭村、王立莉等人与中国科学院物理研究所表面物理实验室赵继民研究员合作,利用超快光谱技术来研究FeTe覆盖层保护下的单层FeSe/SrTiO3样品在不同温度下的超快动力学过程。通过对时间分辨超快光谱的弱信号探测,他们观察到该体系中有明显的超导相变(图1),其超导转变温度约为 68 (-5/+2) K,超导能隙为Δ(0) = 20.2 ± 1.5 meV。进一步分析和拟合时间分辨光谱信号中快、慢两分量的幅度及准粒子寿命随温度的变化(图2),获得了电-声子相互作用,其大小为 λ = 0.48,这比同样采用超快光谱探测所得的体材料FeSe的电-声子相互作用大了3倍。这些超快动力学研究结果证明了单层FeSe/SrTiO3体系的高温超导电性以及界面增强的电-声子相互作用。此外,他们还在2个原胞厚度的FeTe覆盖层中观测到了相干态的声学支声子,它为界面或衬底里的声子等配对胶水提供了额外的衰减通道,从而导致配对胶水的减少或能量降低。这一实验结果为该体系中覆盖层如何降低单层FeSe超导体的Tc提供了一种合理的解释。

       该工作是首次运用超快光谱方法在单原子层体系上观测到超导相变。相关研究结果发表在2016年3月11号Physical Review Letters上[Ultrafast Dynamics Evidence of High Temperature Superconductivity in Single Unit Cell FeSe on SrTiO3, Phys. Rev. Lett. 116, 107001 (2016)]。

      上述工作得到了国家自然科学基金项目、量子调控重大科学计划的支持。

      相关链接:http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.107001

 

                                                                                          

图1、不同温度下的单层FeSe/STO的超快动力学过程,其中在70 K附近出现超导转变。

 

                                                                                            

图2、超导相变的超快动力学定量证据,分别显示了时间分辨光谱信号中快(a, b)、慢(c, d)两分量的幅度及准粒子寿命随温度的变化。