近日，蘭州大學物理學院關聯電子材料科研團隊提出了FeSe超導體中有不同的載流子口袋影響機制，為鐵硒基高溫超導性研究提供了新的視角。研究成果以“Distinct Electronic Origins of Superconductivity and Nematicity in FeSe”為題發表于物理學國際期刊《Physical Review Letters》。

在鐵基超導體中，FeSe是結構最簡單的二元化合物，具有準二維層狀結構，并在10 K以下呈現超導性（Tc），是研究最為廣泛的超導體之一。與許多其他高溫超導體不同，FeSe在常壓下沒有長程磁有序，但會在約85 K經歷被稱為向列相轉變（Ts）的結構轉變。FeSe中向列序與超導性之間如何相互作用，在鐵基超導體中仍存在爭議。各種實驗和理論研究顯示，這兩種序之間存在多樣的關系，且隨材料和調控條件的變化而變化。

FeSe的超導性具有高度可調性，有多種方法可提高其超導性，包括：堿金屬插層、分子插層、以及離子液體門控實驗。無論采用化學摻雜還是調控手段，它們通常都會同時引起電子結構和晶體結構的變化，從而改變Tc和Ts。因此，將載流子密度變化與晶格變化分離開來，并闡明這些序相變的起源，對于研究FeSe中超導性與向列相之間的關系至關重要。

本研究中，創新性的對FeSe引入一種新的水熱處理，能夠在不改變晶體結構和磁性的情況下有效地減少間隙鐵，且伴隨著載流子密度和遷移率顯著增加，同時提高了超導與向列相轉變溫度。這種處理手段不同于摻雜或者應變調控，提供了一種只有單一變量調控的研究平臺，得以研究超導序和向列序之間的關聯性。

上下示意圖分別表示FeSe在水熱處理前后的變化。（a）FeSe單胞中水熱處理后層間間隙鐵脫出的示意圖，（b）磁性保持不變的示意圖，（c）費米面能帶相對上下移動示意圖（各軌道結構保持不變）

結合實驗結果和先前研究，研究揭示了不同的口袋影響機制：超導序主要受電子口袋的影響，而向列序則受空穴口袋的驅動。這項研究結果證明了FeSe中超導性與向列性的獨立機制，闡明了兩相之間并沒有明顯關聯性，為研究鐵基超導體中的微觀機制帶來了新的見解。

蘭州大學物理學院張清明教授和張安民教授為該論文的通訊作者，博士生馬雪英為該論文的第一作者。論文合作者包括蘭州大學姜興東高級工程師、李志偉副教授、李可意、侯少帥、梅賀林、董藝文、譚明蜀、任瑋等研究生。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國科學院戰略性先導科技專項目的大力資助。

文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/zhlp-4gdv

來源：物理科學與技術學院

編輯：羅騫

責任編輯：彭倩