單層FeSe/SrTiO3超導體中觀測到明顯超導相變

　　單層FeSe/SrTiO3界面超導體自2012年被發(fā)現(xiàn)【Chin.Phys.Lett.29,037402(2012)】以來，其超導機理引起了廣泛的關注。它的超導轉變溫度明顯高于體材料FeSe，除了已有研究表明的其電子結構與體材料FeSe明顯不同之外，該界面超導體系的電-聲子相互作用與鐵基超導體系里的異同也為人們所關注。此外，人們注意到原位測量與帶覆蓋層的樣品的超導轉變溫度有所差異，覆蓋保護層如何影響超導轉變溫度并不完全清楚【Nat.Phys.10,892(2014)】。采用超快光譜方法研究單層FeSe/SrTiO3界面超導體系提供了從非平衡態(tài)角度進行研究的可能，且能通過準粒子壽命實驗觀測電-聲子相互作用，是許多其它實驗方法無法替代的。
　　
　　最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）表面物理實驗室SF05組研究員趙繼民與清華大學薛其坤院士/馬旭村教授的研究組合作研究了該體系。通過時間分辨超快光譜的弱信號探測（圖1），在單層FeSe/SrTiO3超導體中觀測到了明顯的超導相變（圖2、圖3），超導轉變溫度為68(-5/ 2)K。從圖1時間分辨數(shù)據(jù)清楚可見，準粒子的超快（ps）動力學行為在70K附近有明顯的變化。圖2更加明顯地展示了在68K附近有可能有一個超導相變，聲子瓶頸（phonon-bottleneck）現(xiàn)象清晰可見。圖3給出了定量的分析結果，其中圖3（c，d）在68K附近同時有變化，依據(jù)非平衡態(tài)的微觀動態(tài)平衡Rothwarf-Taylor模型，這是超導相變。他們得到超導轉變溫度為Tc=68(-5/ 2)K，超導能隙為Δ(0)=20.2±1.5meV,同時從圖3（b）的快分量準粒子壽命可獲得電-聲子相互作用的大小，為λ=0.48，比同樣采用超快光譜探測所得的體材料FeSe的電-聲子相互作用大了3倍。此外，他們還在2個原胞厚度的FeTe覆蓋層中觀測到了相干態(tài)的聲學支聲子，它的存在為界面或襯底里的聲子等配對膠水提供了額外的衰減通道（圖4），從而導致配對膠水的減少或能量降低，這為覆蓋層如何降低單層FeSe超導體的Tc提供了一種合理的解釋。
　　
　　該工作首次運用超快光譜方法在單原子層體系上觀測到超導相變。單個原子層的光學反射信號微弱，需要排除覆蓋保護層的干擾，他們克服了實驗挑戰(zhàn)，優(yōu)選了覆蓋層厚度，最終分辨出了超導相變信息。該工作展示了以超快光譜方法研究強關聯(lián)體系的優(yōu)勢：時域展開的超快動力學過程，非接觸的無損測量，單層/界面量子體系的相變，以及對配對玻色子相關物性的研究。
　　
　　　相關研究結果發(fā)表在最近的Physical Review Letters上【Ultrafast Dynamics Evidence of High Temperature Superconductivity in Single Unit Cell FeSe on SrTiO3, Phys. Rev. Lett. 116, 107001 (2016)】。