物理系在富勒烯有机高温超导体研究方面取得重要进展


碱金属掺杂富勒烯超导体具有高达40K的超导转变温度(Tc),且具有与铜氧化物高温超导体类似的电子态相图,因此理解其超导电性和配对对称性对探索非常规高温超导的微观机理具有重要意义。

最近,物理系宋灿立、马旭村和薛其坤研究团队利用分子束外延技术在石墨化的SiC(0001)衬底上成功制备出厚度和掺杂水平精确可控的高质量单晶富勒烯薄膜(AxC60, A=K, Rb, Cs),并结合低温强磁场扫描隧道显微镜/谱对其形貌和电子结构进行了原位的表征。在澄清Cs原子掺杂富勒烯分子旋转序和Cs3C60莫特绝缘态的基础上(Phys. Rev. B 101, 085413 (2020)),他们又在K3C60薄膜中发现了薄膜厚度变化诱导的莫特绝缘体-超导体转变,以及仅三层厚(2.4nm,处于莫特绝缘体-超导体转变的边界)的K3C60薄膜具有高于体相Tc(19.3K)的超导转变温度(22K)(如下图所示)。同时,他们在超导转变温度之上和磁通涡旋中心发现了类似铜氧化物高温超导体中的赝能隙现象。通过精确控制碱金属的掺杂量,他们首次澄清了掺杂富勒烯中载流子浓度依赖的超导相图,并确定性地证明了在整个相图上超导能隙均为无能隙节点的s波配对,与电子的关联性和赝能隙强弱无关。该工作对理解非常规高温超导体的微观机理具有重要的参考价值。


  三层厚K3C60超导薄膜的分子束外延生长和超导电性表征


        该研究成果以“Direct Observation of Full-Gap Superconductivity and Pseudogap in Two-Dimensional Fullerides”为题发表在2020年5月5日的《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,并被选为编辑推荐论文(Editors’ Suggestion)。物理系博士后任明强和2014级博士生韩厦分别为两篇论文的第一作者。该工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委员会、清华大学低维量子物理国家重点实验室、北京未来芯片技术高精尖创新中心等的支持。

        文章链接:

        https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.187001

        https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.101.085413