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薛其坤研究團(tuán)隊(duì)在界面超導(dǎo)體系的超快動(dòng)力學(xué)研究方面取得進(jìn)展

2012年薛其坤研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了單層FeSe/ Sr TiO3（FeSe/STO）體系具有高溫超導(dǎo)電性，并認(rèn)為界面增強(qiáng)的電-聲子相互作用是該體系超導(dǎo)電性增強(qiáng)的重要原因（Chin.Phys.Lett.29，037402 （2012））.該研究工作建立了國(guó)際高溫超導(dǎo)研究的一個(gè)新的研究方向，引起了國(guó)際超導(dǎo)界的高度關(guān)注，目前很多國(guó)內(nèi)外研究組都開(kāi)始了對(duì)該體系的電子結(jié)構(gòu)、摻雜機(jī)理及超導(dǎo)機(jī)理等方面的研究并取得重要成果.

為了更好地理解該界面超導(dǎo)體系的電-聲子相互作用，清華大學(xué)低維量子物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室薛其坤、馬旭村、王立莉等人與中國(guó)科學(xué)院物理研究所表面物理實(shí)驗(yàn)室趙繼民研究員合作，利用超快光譜技術(shù)來(lái)研究Fe Te覆蓋層保護(hù)下的單層FeSe/Sr TiO3樣品在不同溫度下的超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程.通過(guò)對(duì)時(shí)間分辨超快光譜的弱信號(hào)探測(cè)，他們觀察到該體系中有明顯的超導(dǎo)相變（圖1），其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度約為68（-5/+2）K，超導(dǎo)能隙為Δ（0）= 20.2±1.5meV.進(jìn)一步分析和擬合時(shí)間分辨光譜信號(hào)中快、慢兩分量的幅度及準(zhǔn)粒子壽命隨溫度的變化（圖2），獲得了電-聲子相互作用，其大小為λ=0.48，這比同樣采用超快光譜探測(cè)所得的體材料FeSe的電-聲子相互作用大了3倍.這些超快動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果證明了單層FeSe/Sr TiO3體系的高溫超導(dǎo)電性以及界面增強(qiáng)的電-聲子相互作用.此外，他們還在2個(gè)原胞厚度的Fe Te覆蓋層中觀測(cè)到了相干態(tài)的聲學(xué)支聲子，它為界面或襯底里的聲子等配對(duì)膠水提供了額外的衰減通道，從而導(dǎo)致配對(duì)膠水的減少或能量降低.這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果為該體系中覆蓋層如何降低單層FeSe超導(dǎo)體的Tc提供了一種合理的解釋.

該工作是首次運(yùn)用超快光譜方法在單原子層體系上觀測(cè)到超導(dǎo)相變.相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2016年3月11號(hào)Physical ReviewLetters上［Ultrafast Dynamics Ev-idence of High Temperature Superconductivity in Single Unit Cell FeSe on Sr TiO3，Phys.Rev.Lett.116，107001 （2016）］.

上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、科技部重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目的支持.相關(guān)鏈接：http：//journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/ PhysRevLett.116.107001

（摘自清華大學(xué)物理系簡(jiǎn)報(bào)，馬旭村供稿）

圖1　不同溫度下的單層FeSe/STO的超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程，其中在70 K附近出現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變

圖2　超導(dǎo)相變的超快動(dòng)力學(xué)定量證據(jù)，分別顯示了時(shí)間分辨光譜信號(hào)中快（a，b）、慢（c，d）兩分量的幅度及準(zhǔn)粒子壽命隨溫度的變化