《自然•物理学》(Nature Physics) 报道物理系铁基超导研究最新成果

 

薛其坤院士和陈曦教授的研究团队,近期在铁基超导体研究中又取得重要进展。他们在前期工作的基础上(Science 332, 1410 (2011)),在国际上率先开展了涉及三个不同族元素的铁基超导薄膜的分子束外延生长,制备出了高质量的KxFe2-ySe2薄膜,这是铁基超导薄膜材料方面的一个重要突破。利用这种高质量的薄膜,他们澄清了目前KxFe2-ySe2超导体中存在的几个关键科学问题。研究成果于2011年11月27日在线发表在Nature Physics上,文章第一作者为物理系2005级博士生李渭。

 

          

图1_KxFe(2-y)Se薄膜的STM图像                                                                  图2_超导相KFe2Se2的STM原子分辨图像

 

KxFe2-ySe2是2010年末发现的一类新型铁基超导体。一系列实验研究表明这种超导体具有以下特征:超导转变温度超过30K、存在绝缘相、由铁空位导致的√5×√5长程磁有序相以及2×2超结构等。多相的存在使得其超导机理的研究变得非常困难,澄清这些相之间的关系是理解其超导机理的关键。该研究团队解决了由三个不同族元素组成的化合物的分子束外延生长的难题,得到了高质量的KxFe2-ySe薄膜,这是薄膜材料制备方面的一个重要突破。在此基础上,他们利用高能量分辨极低温强磁场扫描隧道显微技术进行了系统的研究。他们首次在实验上确定无疑地证明了该体系存在相分离现象:具有严格化学配比的KFe2Se2为超导相,而由铁空位诱导的√5 × √5-K2Fe4Se5为反铁磁绝缘相。此外,他们还发展出一套探测超导体自旋结构的方法,证明该材料在超导区域也存在长程反铁磁序,这种磁有序会导致2×2超结构。该工作澄清了KxFe2-ySe2研究中存在的一系列困惑,并为非常规超导体的研究带来新的方法和思路。

这项研究是和中科院物理所马旭村研究员的研究组以及美国普渡大学胡江平教授合作完成的,项目得到了国家自然科学基金委员会和科技部国家重大科学研究计划的资助。