FeSe薄膜原位精密調控及角分辨光電子能譜研究

《FeSe薄膜原位精密調控及角分辨光電子能譜研究》是依託北京大學，由張焱擔任負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：FeSe薄膜原位精密調控及角分辨光電子能譜研究
• 項目負責人：張焱
• 依託單位：北京大學
• 項目類別：重大研究計畫

項目摘要

FeSe薄膜中存在超導電性是最近高溫超導學界的一個重大發現。一方面，其具有非常高的轉變溫度，給尋找液氮溫度以上甚至更高超導轉變溫度的超導材料，指明了一個方向。另一方面，其獨特的金屬氧化物界面、電子結構和配對對稱性等性質，都使得FeSe薄膜可能成為揭示高溫超導形成機理的重要突破口。本項目計畫搭建一套分子束外延生長系統和原位精密樣品調控系統，並與最新一代的角分辨光電子能譜系統相結合。這套系統將重心放在實時調控和實時測量的能力上，這對FeSe薄膜材料的研究至關重要。我們將利用這套平台，深入和系統的研究FeSe薄膜中的超導電性、相圖和金屬氧化物界面等特性，揭示其超導電性形成機理。同時，利用所積累下來的經驗，進一步改進FeSe薄膜的生長工藝，提高其超導轉變溫度。

結題摘要

超薄FeSe薄膜中存在超導電性是最近高溫超導學界的一個重大發現。一方面，其具有非常高的轉變溫度，給尋找液氮溫度以上甚至更高超導轉變溫度的超導材料，指明了一個方向。另一方面，其獨特的金屬氧化物界面、電子結構和配對對稱性等性質，都使得FeSe薄膜可能成為揭示高溫超導形成機理的重要突破口。在本項目的資助下，我們自主設計並搭建了注重於原位生長、原位調控和原位測量的的角分辨光電子能譜系統。整個系統不僅在各項指標上達到了國際先進水平，同時極大提高了我們對樣品調控的自由度。在這套系統中，我們將原位樣品調控系統、分子束外延生長系統和最新一代的角分辨光電子能譜系統緊密結合在了一起。利用這一系統，我們取得了多個研究成果。首先，我們對FeSe超導材料和多個相關超導材料進行了原位調控並對其電子結構進行了角分辨光電子能譜測量。我們結果發現在FeSe體材料和FeTe1-xSex材料中，表面重電子摻雜均可以產生20~30K的超導相。這一超導相和FeSe超薄膜中的超導相相同，體系了其普適性。通過對這一超導相研究，我們發現其配對可能來源於其電子型費米面之間的帶間散射。其次，我們對FeSe超導材料和Sr1-xNaxFe2As2超導材料中的對稱破缺相進行了研究，解釋了向列序和C4磁有序相的形成機理。最後，我們對Cr基超導相關材料BaCr2As2的電子結構進行了研究，發現了其電子結構中多個有趣的特徵。整個項目一方面在設備的研發和搭建上進行了多項技術創新，完成了設計目標，不僅對於FeSe超導機理的研究奠定了基礎，並且將會極大幫助我們理解新型複雜量子體系。另一方面，本項目對FeSe及其相關材料的研究，揭示了FeSe薄膜超導配對機理，加深了我們對鐵基高溫超導中對稱破缺態的理解，並對新型Cr基超導的探索提供了重要的實驗線索。