非常规超导及相关材料的同步辐射角分辨光电子能谱研究

This project plan to exploit the high resolution angle resolved photoemission spectroscopy beamline at the National Synchrotron Radiation Laboratory at Hefei, combined with single crystal and film growth, to extensively study the electronic structure of unconventional superconductors and related materials. We plan to study the electronic structure of series of unconventional superconductors, including iron-based superconductors, heavy fermion systems, and Cr-based superconductors that are newly discovered or with key properties. This project aims to obtain a general picture of unconventional superconductivity, and the key electronic structure of unconventional superconductivity in iron-based superconductors, heavy fermion systems, and Cr-based superconductors, and to find the microscopic relationship between magnetism and superconductivity, which would facilitate the modeling and ultimate understanding of unconventional superconductors. Furthermore, this project will help improve the experimental capability of the related beam-lines.

本项目拟利用合肥国家同步辐射实验室新建的高分辨角分辨光电子能谱线站, 结合单晶和薄膜生长, 广泛开展非常规超导体以及相关材料的高分辨电子结构研究。我们计划对多种非常规超导材料，包括铁基超导体、重费米子体系、铬基超导体中的具有关键性质的和新发现的材料，进行系统的电子结构测量。从而系统给出非常规超导体的电子结构的整体图像，得到铁基超导、重费米子超导和铬基超导中决定非常规超导电性的关键电子结构特征，总结这些体系中磁性和超导的联系，为发展统一的非常规超导理论模型提供判据性的结果。 通过项目的执行,也将逐步完善和提高相关同步辐射线站的实验能力.

非常规超导体系由于具有强关联和多体物理的复杂性，以及其中高温超导电性在应用方面的巨大潜力，一直是凝聚态物理学领域的一个热点。因为非常规超导体系一般都是强关联体系，具有丰富的相图，除了磁有序相和超导相之外，还有很多其他的竞争序（如电荷密度波等），给机理探索带来了更多的复杂性，从而难以获得一个统一的物理图像。项目组利用国内外先进同步辐射光源的机时，并结合分子束外延薄膜生长、块材生长等技术，对关键铁基单晶材料和新型铁基材料、重费米子材料、Cr基超导材料以及其他相关超导体系与关联电子体系，进行了深入的研究。在铁基超导研究方面，我们研究了一系列122类铁硒超导体、FeS等，揭示了其以关联效应为关键参数的统一相图；通过表面掺杂调节电荷浓度、衬底晶格匹配调节应力，揭示了FeSe中的反常关联效应和独特的相图。在重费米子方面，我们研究了多个Ce基115体系和218体系，直接观测到了4f电子随温度所发生的局域-巡游转变，能带依赖性杂化，以及晶体场对能级的劈裂。在Cr基超导与其他新奇特性材料方面，我们发现CrAs与MnP中的新量子序，揭示了天然形成范德瓦尔斯异质结材料和Ti基超导材料中的电荷转移、量子序调控与电荷密度波，揭示了困扰科学界30多年的Bi氧化物高温超导电性机理之谜。以上结果充分利用了当今先进同步辐射实验技术，对多种非常规超导体系给出了实验上的整体图像，为发展统一的非常规超导理论模型提供判据性的结果。