STM+大顯身手,觀察到雙分子層厚的FeSe超導薄膜的邁斯納效應

2021-03-01 上海交通大學物理與天文學院

不過，僅僅是確定了能隙大小的改變對於超導的研究是不夠的。對一個材料具有超導特性的判斷依據是要測量到它的零電阻和/或邁斯納效應（完全抗磁性）。然而，對於表面吸附了K原子的FeSe薄膜而言，這種物性測量是很困難的。其原因在於K原子具有非常強的化學活性，使得該薄膜樣品無法脫離超高真空環境，也就無法接受傳統實驗技術手段的物性測量。而這正是劉燦華教授與賈金鋒教授課題組近年來研發的多功能掃描隧道顯微鏡（STM+）大顯身手的地方。他們將普通的STM的核心部件進行改造，使其具有普通STM的一切基本功能之外，還能對樣品進行四探針電輸運和雙線圈交流互感的原位測量。換句話說，若是對超導樣品進行測量，普通STM只能獲得樣品的原子排列（如圖b所示，每個亮點就是一個K原子）和超導能隙等結構方面的信息，而STM+還能測到樣品的電輸運和抗磁響應等物理性質，從而獲得超導轉變溫度、穿透深度和超流密度等重要信息。

實驗中，他們對同一塊高質量的雙層FeSe薄膜樣品表面進行了不同覆蓋度K原子的吸附，並對每個K覆蓋度下的FeSe薄膜採集了上述多種實驗數據，從而得到了一系列實驗結果：1，超導轉變溫度隨著K原子覆蓋量的增加呈現先升後降的Dome型變化（圖c），這雖然與眾多非常規超導材料很相似，但卻是在FeSe衍生超導材料當中首次觀察到如此完整而連續的相變行為；2，超導能隙與超導轉變溫度的比值隨著K覆蓋度的增加並不是一個恆定的值（圖d），這意味著超導配對勢無法決定超導轉變溫度的高低；3，超導轉變溫度與超流密度呈現線性的變化關係（圖e），這意味著相剛度是決定轉變溫度高低的主要因素。

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