第一作者：Dapeng Zhao, Wenqiang Cui, Yaowu Liu

通訊作者：薛其坤、王立莉、王以林

通訊單位：北京量子信息科學研究院、清華大學、山東大學

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鐵硒（FeSe）薄膜，尤其是單層薄膜，因其在非常規超導性研究中的獨特地位而備受關注，尤其是在探索高溫超導機制和二維電子系統的物理性質方面。本研究聚焦于生長在SrTiO₃基底上的單原子層FeSe薄膜，因其具有顯著增大的配對能隙而備受關注，特別是在超導性方面。

為了探究其新奇的物理性質，研究團隊通過原位微尺度電輸運和掃描隧道顯微鏡（STM）測量，觀察到在域內和邊界上共存的兩個超導相，分別以不同的超導能隙（Δ₁~15 meV對比Δ₂~10 meV）和配對溫度（T_p1~52.0 K對比T_p2~37.3 K）為特征，并表現出兩步非線性V ～ I^α行為，同時伴隨著在T_BKT~28.7 K發生的Berezinskii–Kosterlitz–Thouless（BKT）相變。

研究結果表明，FeSe/SrTiO₃中超導轉變的展寬與由于兩個能隙特征和二維超導相位漲落引起的本征電子非均勻性有關。

圖文導讀

圖1：展示了1 UC FeSe/SrTiO₃(001)的STM表征。

圖2：展示了1 UC FeSe/SrTiO₃的原位微米級電輸運測量。

圖3：展示了FeSe/SrTiO₃中的BKT轉變。

圖4：展示了FeSe/SrTiO₃的厚度變化和電子非均勻性。

總結展望

本研究的亮點在于揭示了單層FeSe薄膜在SrTiO₃基底上的超導性質，特別是觀察到的兩個共存的超導相，它們具有不同的超導能隙（Δ₁~15 meV和Δ₂~10 meV）和配對溫度（T_p1~52.0 K和T_p2~37.3 K）。

通過原位微尺度電輸運測量和STM/STS技術，研究者們能夠精確地探測到這些薄膜的電子結構和超導性質，這對于理解高溫超導體的物理機制至關重要。此外，研究中發現的兩步非線性V ～ I^α行為和在TBKT~28.7 K處的BKT轉變，為研究二維超導體中的相位漲落和電子非均勻性提供了新的視角。

這些發現不僅豐富了我們對單層FeSe薄膜超導性質的認識，也為設計和優化新型超導材料提供了重要的實驗數據和理論基礎。

文獻信息

標題：Electronic inhomogeneity and phase fluctuation in one-unit-cell FeSe films

期刊：Nature Communications