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潘曉晴教授再發(fā)Nature?。?!

技術(shù)文章
01

【科學(xué)背景】

單層鐵硒(1?uc FeSe)是近年來超導(dǎo)研究中的一個(gè)重要領(lǐng)域,因其在SrTiO3(STO)基底上展現(xiàn)出的顯著提高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(Tc),這使得其在量子計(jì)算、能源存儲(chǔ)和傳感器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。這種高Tc現(xiàn)象與電子-聲子耦合(EPC)密切相關(guān),但其微觀機(jī)制仍然不明確,特別是在界面處的耦合行為上,引起研究者們對(duì)該領(lǐng)域的深入探索?,F(xiàn)有研究表明,界面玻色子模式與超導(dǎo)性之間的關(guān)系是理解Tc增強(qiáng)的關(guān)鍵因素。然而,聲子模式的具體貢獻(xiàn)和與電子的耦合強(qiáng)度之間的關(guān)系尚未得到充分闡明。



02

【創(chuàng)新成果】


基于以上難題,加州大學(xué)爾灣分校潘曉晴教授Nature發(fā)表了題為“Phonon modes and electron-phonon coupling at the FeSe/SrTiO3 interface"的論文,報(bào)道了采用動(dòng)量選擇性高分辨電子能量損失譜(EELS)技術(shù),成功解析了FeSe/STO界面處的聲子模式。研究發(fā)現(xiàn)了新的光學(xué)聲子模式,在75-99 meV的能量范圍內(nèi)與電子強(qiáng)烈耦合。這些模式的特征是界面雙TiOx層中的氧原子和STO中的頂端氧原子的面外振動(dòng)。研究結(jié)果還表明,1 uc FeSe/STO的EPC強(qiáng)度和超導(dǎo)能隙與FeSe和TiOx端STO之間的層間距密切相關(guān)。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)揭示了界面EPC的微觀起源,并為在FeSe/STO和潛在的其他超導(dǎo)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)大而一致的Tc增強(qiáng)提供了見解。



03

【圖文解讀】


研究人員利用分子束外延在STO上生長(zhǎng)了FeSe薄膜,并在5?K下利用STM-STS測(cè)量了1?uc FeSe/STO樣品的超導(dǎo)能隙。

圖1、超導(dǎo)1 uc FeSe/STO的界面結(jié)構(gòu)和振動(dòng)光譜 © 2024 Springer Nature

圖2、原子分辨聲子譜學(xué)與成像 © 2024 Springer Nature

圖3、ECP的DFT計(jì)算 © 2024 Springer Nature

圖4、層間距對(duì)聲子和超導(dǎo)電性的影響 © 2024 Springer Nature



04

【科學(xué)啟迪】


本研究為理解超導(dǎo)材料界面的EPC提供了重要的微觀視角,揭示了1?uc FeSe/STO界面中氧原子的垂直振動(dòng)如何影響超導(dǎo)性。研究人員通過高分辨率振動(dòng)光譜學(xué)識(shí)別了雙TiOx層中的垂直振動(dòng)模式,這些模式不僅提供了額外的聲子模式,還在電子耦合中扮演了關(guān)鍵角色。這一發(fā)現(xiàn)表明,界面結(jié)構(gòu)的均勻性對(duì)Tc的提升至關(guān)重要。此外,本研究強(qiáng)調(diào)了不同界面類型之間的微小變化如何導(dǎo)致超導(dǎo)能隙的不同表現(xiàn),提示在設(shè)計(jì)新型高Tc超導(dǎo)體時(shí),應(yīng)關(guān)注界面工程。這種對(duì)界面結(jié)構(gòu)與EPC關(guān)系的深入理解,可能為開發(fā)具有優(yōu)異性能的新材料提供重要啟示。未來的研究可以進(jìn)一步探索不同材料系統(tǒng)中的類似現(xiàn)象,推動(dòng)超導(dǎo)材料及其應(yīng)用的發(fā)展,為電子學(xué)和量子計(jì)算領(lǐng)域帶來新的突破。


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