铁基超导材料中有序相的关联和竞争

The phase diagram of iron-based superconductors is fairly complex, in which most of the ordered phases in condensed matter physics, such as spin density wave, orbital ordering, charge density wave, nematicity and superconductivity are all included. Recent studies have focused on the cooperation as well as the competition among those ordered phases. However, such complexity gives rise to difficulties in understanding the pairing mechanism of the iron-based superconductors. In our project, we plan to use molecular beam epitaxy (MBE) growth to prepare high quality films such as KxFe2-ySe2, FeSe and FeTe, in which the intriguing ordered phases have been observed already. Combined with in-situ scanning tunneling microscopy (STM) and angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), we try to investigate the underlying correlation among those phases. By means of precise control of the growth, the impurity types, doping concentrations as well as the chemical pressures of the samples could be fine tuned. We then further study the effects of the above-mentioned parameters on the multiple ordered phases and obtain valuable information regarding the pairing mechanism of high-temperature superconductivity.

铁基高温超导材料具有非常丰富的相图。凝聚态物理中的大部分有序相，如：自旋密度波、轨道序、电荷密度波、向列相当然还有超导相都可以在其中找到对应。这些有序相之间的相互协作与竞争一直是该领域研究的热点。然而，这样的复杂性也使得高温超导配对机制更加扑朔迷离。在本项目中，我们将使用分子束外延的方法制备得到KxFe2-ySe2、FeSe和FeTe这几种典型的铁基超导体薄膜，在它们中广泛存在着多种相的共存与竞争。结合扫描隧道显微镜和角分辨光电子能谱技术，我们试图找到这些有序相之间的关系，通过精确控制的生长来调节样品掺杂的浓度、杂质的类型以及内部的应力等参数，进一步揭示有序相与这些参数的关联，并最终获得铁基超导材料电子配对的宝贵信息。

本项目关注铁基高温超导体中的复杂有序相。研究这些相之间的关联和竞争为解决高温超导电子配对机理提供了重要的信息。研究对象为界面超导体系FeSe/SrTiO3，利用分子束外延生长可获得高质量的样品，并实现对体系电子性质的调控；使用原位的低温扫描隧道显微镜，我们对样品的微观电子性质做出表征。我们取得了以下几方面的进展：1. 在多层FeSe薄膜样品中，发现了电子条纹相。这是电子关联性和各向异性增强的结果，该电荷有序相位于向列相温度之下，因此可能是界面超导FeSe/SrTiO3的基态。2. 发展了一种通过应力调控诱导材料拓扑性的方法。控制FeSe薄膜生长条件可调控其向列相畴界区域的应力，我们在畴界两侧观测到了位于零能的拓扑边界态。该方法为实现本征拓扑超导提供了重要的思路。3. 发现了一类新型的拓扑超导材料2M相WS2，并在该体系磁通涡旋处观测到马约拉纳零能模。该材料结构简单是本征的拓扑超导体，为拓扑量子计算提供了可能的材料体系。