新颖高温超导体的超快动力学研究

We investigate the ultrafast dynamics of novel high temperature superconductors. We will enrich ultrafast spectroscopy as a powerful independent tool for superconductor investigations. We will obtain independent evidence of superconductivity and precisely measure the Tc, experimentally measure e-phonon coupling constant λ, obtain the superconducting gap Δ(T) and the ratio between Δ0 and kBTc, obtain the temperature Te of excited state electrons, as well as pairing symmetry information. Specifically, we investigate single-layer FeSe high temperature superconductor, obtain evidence on phonons as pairing glue, explain why Tc is reduced by the capping layer, and develop methods for detecting ultrathin layers at surfaces and interfaces; we develop phase-sensitive methods, by exciting and detecting coherent phonons in iron-based superconductors, we use the initial phase of the coherent phonon to probe the pairing symmetry of the multi-band superconductor; we will investigate transient excited state high temperature superconductivity, by using and developing THz imaging and time-resolved techniques to study the ultrafast dynamics, we focus on laser-induced superconductivity. With all such we emphasize understanding the mechanism of high-temperature superconductivity.

本项目研究新颖高温超导体的超快动力学过程，将超快光谱拓展成为超导研究的有力的实验手段。我们将获得超导相变的独立判据并精准测量Tc值，实验获得电子-声子耦合常数λ，观测超导能隙随温度的变化Δ(T)及Δ0与kBTc的比值，获得激发态电子的温度Te，获得超导配对对称性的物理信息，等等。具体地：研究单层FeSe 高温超导体，获得配对胶水是否为声子的可能判据，解释覆盖层对Tc的影响，发展对单层和界面超导体等极薄层超导体适用的实验方法；发展位相敏感的超导研究手段，激发和探测铁基超导体中的相干态声子，通过对相干态声子初位相的观测来了解多带超导体中电子配对的对称性；研究瞬时激发态高温超导体，发展THz成像和时间分辨技术用于对激发态超导体进行超快动力学研究，探索受激光脉冲调控的高温超导现象。综上研究结果，揭示高温超导的物理机制。

本项目申请书中计划采用超快光谱方法研究新颖高温超导体的超快动力学，主要内容包括获得超导相变的独立判据并精准测量Tc值，实验获得电子-声子耦合常数λ，观测超导能隙随温度的变化Δ(T)及Δ0与kBTc的比值，获得激发态电子的温度Te，获得超导配对对称性的物理信息，等等。综合研究结果，揭示高温超导的物理机制。.本项目为期四年，我们顺利地完成了计划，在重点内容方面取得了一定的突破，并产生了一系列的亮点工作。（1），我们利用超快光谱方法集中深入地研究了单层FeSe/SrTiO3界面超导体的超导相变，基于超快光谱方法独立地提供了超导相变的判据，并对超导机制提供了电子-声子耦合强度等重要的实验依据，这是只有界面处层状原子排列的结构才具有的量子行为。（2），我们深入研究了插层超导体(Li0.84Fe0.16)OHFe0.98Se的超导相变，基于超快光谱方法提供了超导相变的判据，在高激发能量密度下测得了电声耦合强度。此外还发现了各类铁基超导体中超导Tc和电声耦合强度的正相关，表明电声耦合在铁基高温超导体中有重要作用。此外，我们还研究了拓扑半金属Cd3As2和强关联体系Sr3Ir2O7里的相干态声子，以及它们在变温过程中所经历的相变，等等。. 受此项目资助我们共发表了SCI论文14篇，其中13篇负责人为通讯作者，发表在Phys. Rev. Lett.，Chin. Phys. Lett. (Express Letter)，PRB， 2D Materials，OPT. Lett.，APL，Sci. Reports，Carbon，物理学报，等等。以上工作都以资助号的形式明确标注了基金委此面上项目的资助。. 本项目直接实验观测了电-声子耦合强度，在以光学方法研究超导体方面取得了新的突破；把我国的高温超导体的超快动力学研究推进到了国际前沿水平；在大家共同努力下成功举办了“关联量子材料的超快光谱”国际学术会议，显著地促进了国际上本领域的基础科学的发展。