实验室赵永刚课题组在弯曲应变调控超导薄膜Tc非单调变化方面取得进展

2024年12月19日

       铁基超导体是非常规超导体中重要的一员,其中11体系的Fe1+ySexTe1-x具有最简单的层状晶格结构,易于调控并展现出新奇的物理现象,有助于探究非常规超导体的超导机制,是超导研究的热点之一。对于非常规超导体,通过施加单轴压强/应变降低体系的对称性,有助于揭示超导序与相关有序态之间的关系。连续可调的单轴应变通常是利用压电陶瓷相关的装置(actuator)引入,其产生的应变相对较小,不利于研究在较大应变范围内的调控行为。

       最近,清华大学赵永刚研究组在云母衬底上生长了FeSe0.5Te0.5(FST)薄膜,在对云母进行机械剥离后,通过弯曲的方法对同一块FST薄膜先后施加不同大小的应变(图a),这是该方法首次在非常规超导体中的应用。不同弯曲方向可以分别产生面内的拉伸和压缩应变,弯曲引入的应变比压电陶瓷的方法约大一个数量级,其应变值可由计算得到,与通过二维倒空间成像的实验结果相符。实验观察到弯曲对薄膜的输运行为和超导特性的调控,当弯曲应变较小时,面内压缩使超导转变温度Tc增大,面内拉伸则抑制TcTc对应变的依赖行为比较平滑(图b)。但当逐步增大面内的弯曲压应变时,Tc呈现出下降的趋势(图c)。通过密度泛函计算(图d)和对FST薄膜向列相的表征,表明非单调的Tc变化可归因于自旋涨落与向列序的竞争。

       本工作表明通过弯曲在薄膜中引入单轴应变不仅可实现可控和可逆的原位应变,并且具有较大的应变调控范围,这有助于探索单轴应变诱导的新现象,理解非常规超导体的机制,以及弯曲几何(curved geometry)态相关的物理。

图a 弯曲过程(U模式)。b 同一块样品以随机的顺序弯曲在U3-N3模具上导致的Tc随应变的变化。c 同一块样品以随机的顺序弯曲在U1-U5模具上导致的Tc随应变的变化。d dx2-y2轨道泡利磁化率随弯曲状态的变化。

       该研究成果以“Effect of bending strain on superconducting transition temperature of FeSe0.5Te0.5 thin films”为题于2024年12月12日发表在Advanced Functional Materials上。清华大学物理系赵永刚教授、同济大学物理科学与工程学院张宇钟教授为该论文的共同通讯作者,清华大学2016级物理系博士生高烨、同济大学2019级物理科学与工程学院博士生刘华迎、清华大学2020级物理系博士生刘思倩为该论文的共同第一作者。论文合作者包括粤港澳大湾区(广东)量子科学中心黄浩亮副研究员、中国科学技术大学陆亚林教授等。该工作得到了国家自然科学基金、科技部重点专项、上海市科学技术委员会等项目的支持。

       文章链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202406690