第一作者：Dapeng Zhao, Wenqiang Cui, Yaowu Liu

通訊作者：薛其坤、王立莉、王以林

通訊單位：北京量子信息科學(xué)研究院、清華大學(xué)、山東大學(xué)

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鐵硒（FeSe）薄膜，尤其是單層薄膜，因其在非常規(guī)超導(dǎo)性研究中的獨(dú)特地位而備受關(guān)注，尤其是在探索高溫超導(dǎo)機(jī)制和二維電子系統(tǒng)的物理性質(zhì)方面。本研究聚焦于生長在SrTiO₃基底上的單原子層FeSe薄膜，因其具有顯著增大的配對能隙而備受關(guān)注，特別是在超導(dǎo)性方面。

為了探究其新奇的物理性質(zhì)，研究團(tuán)隊(duì)通過原位微尺度電輸運(yùn)和掃描隧道顯微鏡（STM）測量，觀察到在域內(nèi)和邊界上共存的兩個超導(dǎo)相，分別以不同的超導(dǎo)能隙（Δ₁~15 meV對比Δ₂~10 meV）和配對溫度（T_p1~52.0 K對比T_p2~37.3 K）為特征，并表現(xiàn)出兩步非線性V ～ I^α行為，同時伴隨著在T_BKT~28.7 K發(fā)生的Berezinskii–Kosterlitz–Thouless（BKT）相變。

研究結(jié)果表明，F(xiàn)eSe/SrTiO₃中超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的展寬與由于兩個能隙特征和二維超導(dǎo)相位漲落引起的本征電子非均勻性有關(guān)。

圖文導(dǎo)讀

圖1：展示了1 UC FeSe/SrTiO₃(001)的STM表征。

圖2：展示了1 UC FeSe/SrTiO₃的原位微米級電輸運(yùn)測量。

圖3：展示了FeSe/SrTiO₃中的BKT轉(zhuǎn)變。

圖4：展示了FeSe/SrTiO₃的厚度變化和電子非均勻性。

總結(jié)展望

本研究的亮點(diǎn)在于揭示了單層FeSe薄膜在SrTiO₃基底上的超導(dǎo)性質(zhì)，特別是觀察到的兩個共存的超導(dǎo)相，它們具有不同的超導(dǎo)能隙（Δ₁~15 meV和Δ₂~10 meV）和配對溫度（T_p1~52.0 K和T_p2~37.3 K）。

通過原位微尺度電輸運(yùn)測量和STM/STS技術(shù)，研究者們能夠精確地探測到這些薄膜的電子結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)性質(zhì)，這對于理解高溫超導(dǎo)體的物理機(jī)制至關(guān)重要。此外，研究中發(fā)現(xiàn)的兩步非線性V ～ I^α行為和在TBKT~28.7 K處的BKT轉(zhuǎn)變，為研究二維超導(dǎo)體中的相位漲落和電子非均勻性提供了新的視角。

這些發(fā)現(xiàn)不僅豐富了我們對單層FeSe薄膜超導(dǎo)性質(zhì)的認(rèn)識，也為設(shè)計和優(yōu)化新型超導(dǎo)材料提供了重要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Electronic inhomogeneity and phase fluctuation in one-unit-cell FeSe films

期刊：Nature Communications