利用STM/STS研究1T结构NbSe2中电子关联性对超导的影响

Strong electronic correlation is one of the most important issues in condensed matter physics, which is also closely related to the mechanism of high temperature superconductivity. An appropriate model system will make great sense to investigate the influence of electronic correlation on superconductivity. As we all know, some transition metal dichalchogenides with 1T structure become superconducting if electronic correlation is weakened, which makes them the best platforms to study the impact of electronic correlation on superconductivity. In this proposal, 1T structure domains will be induced on the surface of 2H-NbSe2 single crystal by the interaction between STM tip and sample. This phenomena will naturally introduce the interface between correlated electronic and superconducting states, where we can study the interplay between them in micro-scale. It is significant to understand the electronic phase diagram of high temperature superconductors.

强关联电子体系是凝聚态物理领域的一个重要课题，也是理解高温超导的难点之一。选取或者构造简单的强关联体系以考察电子关联性对超导的影响是一个重要的研究方向。某些1T结构的过渡金属二硫族元素化合物具有强关联效应，调控其中的电子关联强度，可以导致超导电性的出现，是研究电子关联性对超导电性影响的理想平台。本项目拟通过扫描隧道显微镜/扫描隧道谱仪（STM/STS）的针尖操控或者调控技术在超导的2H-NbSe2单晶表面诱导出局域的1T-NbSe2，构造出关联电子态与超导态的界面系统，通过测量其局域电子态在空间上的演化，从微观尺度上揭示1T-NbSe2的电子结构以及电子关联性对超导的影响，对理解高温超导体的相图将有重要的启发意义。

NbSe2是一种典型的过渡金属化合物，且属于范德瓦尔斯层状材料，低温下电荷密度波与超导微观共存。其结构或电子结构容易受到多种手段的调控，是研究电荷有序态共存机制的理想模型体系，比如利用掺杂、高压、应力等能够调控电荷密度波和超导电性，对铜氧化物超导体、铁基超导体等具有重要的参照意义。扫描隧道显微镜(STM)具有原子级的实空间分辨能力和亚毫电子伏特的能量分辨率，不仅能够从微观角度揭示电子材料重要的物理性质，而且能够对材料施加原位调控。本项目拟利用极低温强磁场扫描隧道显微镜对过渡金属硫族元素化合物2H-NbSe2进行高精度的测量，并利用针尖原位施加电压脉冲驱动产生局域1T-NbSe2，从而揭示电子关联性对超导电性的影响，并推广至其它关联电子体系。.在项目的实际执行中，我们充分发挥扫描隧道显微镜的作用，取得了一系列重要结果。利用高稳定度扫描隧道显微镜证实了2H-NbSe2隧道谱上精细特征来源于非弹性电子隧穿过程，澄清了三十余年的认识误区，并将原子尺度上电声子耦合的研究推广到目前备受关注的过渡金属化合物材料中；在2H-NbSe2表面施加电压脉冲产生局域1T-NbSe2，发现在复杂的层间耦合情况下，1T-NbSe2可能处于中等关联强度，对超导电性的影响还需要进一步的理解；观察到2H-NbSe2表面局域应力导致的新的条纹状电荷密度波（1Q-CDW），与2H-NbSe2原有的3*3 CDW微观共存，在电压脉冲微调表面应力分布后，1Q-CDW能够完全消失，超导电性基本不变，这些现象只能在电荷密度波的强电声子耦合机制下理解，从而为二维体系电荷密度的产生机制提供了重要的线索，而且揭示了动量和能带依赖的电声子耦合在多带体系中的重要性；在拓扑材料的针尖诱导超导中做了大量探索工作，发现针尖与拓扑体态在诱导超导机制中发挥了重要的作用；在另一种具有电子关联性的新型笼目结构超导体CsV3Sb5材料中开展合作，探索了CDW与超导电性的性质，利用特殊的磁通态行为说明了该体系中电子作用下的疑似拓扑超导性质。这些工作为理解关联电子体系中的物理现象提供了重要的实验依据。