新型石墨插层超导体电子结构的超高分辨率角分辨光电子能谱研究

本项目拟采用我们自主研制成功的国际首台真空紫外激光角分辨光电子能谱仪和新近研制完成的国际首台深紫外激光自旋分辨/角分辨光电子能谱仪, 对五种新型石墨插层超导体(CaC6/YbC6/SrC6/BaC6和KC8)的电子结构进行系统和深入的研究。主要研究: 1.CaC6和YbC6 插入物驱动和石墨碳原子驱动的两类费米面上超导能隙的大小和各向异性特征; 2.五种超导体两类费米面上电声子相互作用的特征; 3.五种掺杂单层石墨烯低能电子结构和多体相互作用的特征和规律。我们的两台谱仪具有超高能量、动量分辨率, 超高激光光束流强度, 并配备有多种波长高强度激发光源和3K极低温样品台的独特性, 非常适合开展上述研究工作。我们的结果一方面将揭示此类超导体中与超导相关的电声子相互作用的本质及其与Tc的关联，推进超导机理的解决, 另一方面将获得单层石墨烯特征电子结构的掺杂依赖性，有助于深入认识其丰富的物理特性。

本项目采用我们自主研制成功的国际首台真空紫外激光角分辨光电子能谱仪,对五种新型石墨插层超导体(CaC6/SrC6/BaC6/KC8和KC24)的电子结构进行了系统和深入的研究，其中对Sr6, BaC6 和 KC24 的研究是首次进行，基本完成了项目预期目标。经过许多次技术尝试和工艺调整，成功制备了CaC6/SrC6/BaC6/YbC6/KC8和KC24 六种高质量石墨插层单晶样品。随后，成功测量了CaC6, SrC6，BaC6，KC8 和 KC24 五种单晶样品低能电子结构并研究了其中多体相互作用的特征和规律，发现一些有趣的共性特征。结果表明，在布里渊区中心和边界都存在电子与石墨碳原子层声子的耦合作用，而且这种耦合既涉及面内高能声子也涉及面外低能量声子。结果还表明在这些材料中层间态是普遍存在的，而且可能对超导发生扮演着关键角色。这些新的发现一方面将揭示此类超导体中与超导相关的电声子相互作用的本质及其与Tc的关联，另一方面将获得单层石墨烯特征电子结构的掺杂依赖性，对我们理解石墨插层超导体的机理是非常重要的，同时对于探索更高临界温度的石墨基超导体有指导作用。由于设备故障，CaC6和YbC6两种材料超导能隙的测量被延迟，但这部分工作目前已经在进行中。