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2023年6月26日，北京大學化學與分子工程學院的許言教授在Nature上發表了一篇文章，題為“Functional Group Translocation of Cyano Groups by Reversible C-H Sampling”。

無獨有偶，僅僅兩天之后，北大再發Nature！本文中，將重點介紹以下文章。

對密度波(PDW)是一種特殊的超導態，其中庫珀對攜帶非零動量。最近，已經出現了高溫(高T_c)的銅氧化物超導體和籠目超導體中固有PDW有序性的證據。然而，鐵基高溫超導體中的PDW有序性，尚未在實驗中觀察到。

在此，來自美國波士頓學院的Ziqiang Wang & 北京大學的王健等研究者利用掃描隧道顯微鏡和光譜技術，在SrTiO₃(001)襯底上生長的單層鐵基高 Tc Fe(Te, Se)薄膜中發現了 PDW 態。相關論文以題為“Pair density wave state in a monolayer high-T_c iron-based superconductor”于2023年06月28日發表在Nature上。

在傳統的Bardeen-Cooper-Schrieffer超導體中，攜帶時間反轉動量的電子，形成零質量中心的庫珀對并產生一個可平移不變的超導有序性參數。在時間反演對稱性被破壞的交換場中，庫珀對可能獲得有限動量Q并顯示空間非均勻的對密度，這被稱為富勒-費雷爾-拉金-奧夫欽尼科夫(FFLO)態。

進一步的研究將有限動量配對狀態推廣到涉及多個Q分量的情境中，而不必破壞時間反演對稱性。這種對密度波(PDW)態被提出存在并在高溫(高T_c)的銅氧化物超導體中發揮基本作用。

此外，相鄰CuO₂平面中的正交PDW態被提出來解釋塊狀La_2-xBa_xCuO₄(x = 1/8)的二維超導性。然而，之前關于PDW態的實驗研究主要基于塊狀超導體，并且在低維極限下直接可視化PDW是具有挑戰性的。

與銅氧化物超導體類似，鐵基超導體(FeSCs)具有復雜的相圖，存在多種對稱性破壞的電子態，如向列相和條紋反鐵磁態。在平面內磁場下，FeSCs中低溫下的上臨界場異常上升被報道，被認為是FFLO狀態的標志。

然而，直接證據表明FeSCs中存在PDW有序性是缺乏的。在FeSCs中，單層FeSe和Fe(Te,Se)薄膜由于其高超導轉變溫度和拓撲電子結構而受到廣泛關注。最近，在STO基底上的非超導多層FeSe中觀察到了電荷有序性，這引發了一個問題：是否可以在超導單層FeSe或Fe(Te,Se)薄膜中出現PDW有序性？

在這里，研究者使用原位掃描隧道顯微鏡(STM)和掃描隧道能譜學(STS)報告了沿著固有域壁的1-UC Fe(Te,Se)/STO薄膜中的PDW狀態的觀察結果。

通過局部態密度的空間電子調制、超導能隙和π相移邊界的環繞糾纏電荷密度波有序性的渦旋周圍，觀察到具有周期為λ≈3.6a_Fe(a_Fe是鄰近Fe原子之間的距離)的PDW狀態。在單層Fe(Te,Se)薄膜中觀察到PDW狀態的發現提供了一個低維平臺，來研究高T_c超導體中相關電子態和非常規配對相互作用。

圖1.? 1-UC Fe (Te, Se)/STO 中沿 Fe-Fe 鍵方向的疇壁

圖2. LDOS 在結構域壁上的空間調制標記為 D1

圖3. D2標記的疇壁相干峰高度的周期性調制

圖4. 磁疇壁上的超導間隙能量調制被標記為 D3

圖5. PDW 相中的π相移邊界

綜上所述，研究者在1-UC Fe(Te,Se)/STO中發現了具有周期為λ≈3.6a_Fe的不同步PDW狀態，位于域壁上。研究者的發現表明，自然出現的2D FeSCs中的量子結構，如嵌入的域壁，為研究PDW狀態及其與拓撲電子態和非常規高T_c超導性的相互作用，提供了新的材料平臺。

作者簡介

王健，1979年生，2001年畢業于山東大學物理學院（物理學學士），2006年畢業于中國科學院物理研究所（凝聚態物理博士）。2006年到2010年，在美國賓夕法尼亞州立大學納米科學中心和物理系做博士后。2010年到2011年任美國賓夕法尼亞州立大學納米科學中心助理研究員 (Research Associate)。2010年受聘為北京大學物理學院量子材料科學中心博士生導師、研究員。2012年入選科技部青年科學家專題項目負責人。2012年獲自然基金委優秀青年基金。2015年獲第二屆馬丁伍德爵士中國物理科學獎。2015和2016年榮獲北京大學優秀博士論文指導教師獎。2016年入選教育部長江學者特聘教授。

文獻信息

Liu, Y., Wei, T., He, G.?et al.?Pair density wave state in a monolayer high-Tc?iron-based superconductor.?Nature?618, 934–939 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06072-x

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06072-x

https://faculty.pku.edu.cn/wangjian/zh_CN/more/9301/jsjjgd/index.htm

原創文章，作者：Gloria，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/04/81b2c389e1/

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