非常规超导体薄膜生长及原位角分辨光电子能谱研究

The unconventional superconductor has been one of the important research areas in the modern condensed mater physics. To understand of the origin of unconventional superconducting can not only greatly promote the understanding of the microscopic world, but also significantly conduct the application of superconducting technology and the exploration of new superconducting materials. We intend to rely on the laser molecular beam epitaxy and angle-resolved photoelectron spectroscopy combined system, which were developed by our lab, to prepare a series of high-quality iron based, copper oxide and doped C60 unconventional superconducting thin films, and do in-situ angle resolved photoemission spectrum measurement to determine the superconducting order parameter in the amount of symmetry, and binding energy band calculation and theoretical analysis, to systematically study on the correlation effects, the Fermi surface topology, the relationships between the competing magnetic ordering and magnetic fluctuations and microscopic crystal structure and superconductivity, to deeply discuss the unconventional superconducting mechanism, trying to verify the driving force of the superconducting electron pairing, and to draw the innovative results for understanding the unconventional superconducting mechanism.

非常规超导已成为凝聚态物理领域中一个重要的研究对象。对于非常规超导起源的理解不仅能够极大地推动人们对微观世界的认识，对于超导技术的应用和新型超导材料的探索也有非常重要的指导意义。我们拟依靠实验室研发的激光分子束外延和角分辨光电子能谱联合系统，制备一系列高品质铁基、铜氧化物及掺杂C60非常规超导薄膜，对其进行原位角分辨光电子能谱测量，确定超导序参量对称性，并结合能带计算和理论分析，系统研究关联效应、费米面拓扑、竞争磁有序和磁涨落及微观晶体结构与超导电性之间的联系，深入探讨其非常规超导机理，试图求证超导电子配对驱动力，为理解非常规超导机理提供创新性的成果。

本课题组根据研究重点项目要求和超导、拓扑以及外尔半金属等最新进展，开展了一系列实验研究工作，取得了一系列丰硕的研究成果。主要研究内容和成果体现在以下几个方面：（1）搭建了ARPES-OMBE-STM-Laser MBE薄膜制备及原位测量联合系统。（2）研究了Laser MBE制备FeTe1-xSex生长机理，并对其进行了ARPES测量分析。（3）利用OMBE生长单层FeSe薄膜样品，发现了FeSe单层膜SrTiO3(110)表面的高温超导现象；对FeSe/SrTiO3(001)单层膜表面K电子掺杂，发现FeSe体系中配对相互作用具有轨道依赖，对Te取代Se引起的能带带位置和有效质量的变化不敏感，单层铁基超导在带状拓扑和超导电性是内在联系的。（4）对铜基氧化物薄膜以及单晶进行了一系列实验研究，并取得重大研究突破。（5）发现Co替代Fe的LiFe1-xCoxAs样品中，在低于费米能级带下沉并有一个大的和巨大的超导隙，排除了临近效应的起源，顺序参数是不依赖于费米表面。（6）对（11）、（111）和（122）铁基超导机理研究发现，近各向同性超导间隙大小与费米面的相互关系，铁基或钴磷族元素化合物的费米面和低能量激发态对磁性或超导态等的电子不稳定性非常重要。（7）在拓扑量子材料做了大量，在TaAs样品中观测到体态中的外尔点和表面态费米弧，首次实验证实了外尔半金属。在拓扑半金属MoP的电子结构测量中，观测到能带中的三重简并点，提供了超出了传统费米子范畴的新型费米子的首个实验证据。（8）我们还开展了铁基超导薄膜器件制备及特性研究。总之，在项目支持下，我们对于非常规超导、超导、拓扑量子以及外尔半金属材料进行了深入实验研究并取得重要研究成果，对于促进现代凝聚态物理的发展具有极其重要的意义。