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研究背景

鐵基超導體（FeSCs）是一類具有極大潛力的高溫超導材料，因其獨特的電子結構和超導性質，成為了近年來研究的熱點。然而，鐵基超導體的超導機制仍未完全明了，尤其是與其內在的各類相變（如磁性、結構畸變）和非傳統的配對機制之間的關系，仍然存在諸多挑戰。具體來說，鐵基超導體中常見的旋轉對稱性破缺相（即“向列相”）和自旋密度波（SDW）等相變的共存，使得如何獨立探討向列相與超導性的關系成為一個難題。為了應對這一挑戰，FeSe_1?xS_x系列鐵基超導體提供了一個理想的研究平臺，因為該材料的向列相與磁性相分離，可以通過硫的摻雜來調控向列相的強度，從而幫助研究其與超導性的關系。

成果簡介

為了解決這一問題，耶魯大學Pranab Kumar Nag, Kirsty Scott，Eduardo H. da Silva Neto等學者在Nature Physics期刊上發表了題為“Highly anisotropic superconducting gap near the nematic quantum critical point of FeSe_1?xS_x”的最新論文。研究發現，在FeSe_1?xS_x系統中，通過硫的摻雜可以有效調節向列相，且該材料在接近量子臨界點時展現出不同的超導配對機制。盡管在接近量子臨界點時，超導轉變溫度（Tc）沒有明顯增大，但在無磁性相的FeSe_0.81S_0.19中，超導能隙的動量結構卻顯示出明顯的各向異性特征，這與基于自旋漲落的傳統配對機制相矛盾，而與向列漲落調制的超導配對機制相一致。該結果為深入理解鐵基超導體中的向列相與超導性之間的關系提供了新的視角，同時也為非傳統超導體中向列相調控的研究開辟了新的方向。

研究亮點

（1）實驗首次在FeSe_0.81S_0.19中測量了接近量子臨界點處的超導能隙的動量結構，得到超導能隙呈現出高度各向異性，在Fe-Fe方向旋轉45°后能隙最小，這一結果與其他四方Fe基超導體的各向同性能隙結構不同。

（2）實驗通過掃描隧道顯微鏡（STM）和掃描隧道譜（STS）技術，在接近FeSe_1?xS_x的nematic量子臨界點處，發現該材料的超導能隙結構與由nematic波動介導的超導機制的理論預期一致。該結構在動量空間中表現為具有45°旋轉方向的能隙最小，明顯區別于其他Fe基超導體中由于自旋波動主導的介導配對所表現的近乎各向同性的超導能隙。

（3）通過實驗研究表明，FeSe_0.81S_0.19的超導能隙在溫度升高時逐漸減小，揭示了接近nematic量子臨界點處超導能隙的溫度依賴性。這表明在FeSe_1?xS_x中，nematic波動對超導配對機制的影響是顯著的，并且可能與傳統的由自旋波動主導的配對機制有所不同。

圖文解讀

圖1: FeSe_1?xS_x相圖，以及超導FeSe_0.81S_0.19晶體和電子結構。

圖2: FeSe_0.81S_0.19超導態的準粒子干涉quasiparticle interfe_0.81ce，QPI和能隙各向異性鑒定。

圖3: 在FeSe_0.81S_0.19中，布里淵區Bogoliubov 準粒子干涉QPI。

圖4: 在FeSe_0.81S_0.19中，超導能隙的角度依賴性。

結論展望

本文通過掃描隧道譜學（STS）測量，揭示了FeSe_0.81S_0.19中的超導能隙結構與向列相漲落密切相關，尤其是45°方向上的最小值，這與量子臨界點（QCP）附近的向列相漲落理論高度一致。這表明，向列相漲落不僅在自旋漲落主導的配對機制中起到重要作用，還可能在超導態的能隙結構中產生深遠影響。

此外，研究還提出了FeSe_1?xS_x中，隨著x的增加，向列相漲落的影響逐漸增大，超導性和能隙結構隨之變化。這為未來深入探討向列相漲落與超導性之間的關系提供了新的視角。

研究還提出了需要更高分辨率的低溫譜學測量，以進一步驗證超節點超導態的可能性。這些發現不僅豐富了鐵基超導體的配對機制，也為研究其他量子材料中的漲落與超導性的關系提供了有益的參考。

文獻信息

Nag, P.K., Scott, K., de Carvalho, V.S. et al. Highly anisotropic superconducting gap near the nematic quantum critical point of FeSe_1?xS_x. Nat. Phys. (2024).?

原創文章，作者：zhan1，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/11/20/5f28a9bb13/

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