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时间： 2023-07-01 02:05     浏览量：519

配对密度波(PDW)是一种特殊的超导态，其中库珀对携带非零动量。高温(高Tc)铜超导体和kagome超导体中存在固有PDW序的证据最近已经出现。然而，铁基高Tc超导体中的PDW顺序尚未在实验中观察到。

2023年6月28日，北京大学王健及美国波士顿学院Ziqiang Wang共同通讯在Nature在线发表题为“Pair density wave state in a monolayer high-Tciron-based superconductor”的研究论文，该研究使用扫描隧道显微镜和光谱学，报道了在SrTiO3(001)衬底上生长的单层铁基高TcFe(Te,Se)薄膜中PDW态的发现。

该研究通过对PDW的局域态密度、超导间隙和π相移边界的空间电子调制，在畴壁上观察到周期为λ≈3.6αFe(αFe为相邻Fe原子之间的距离)的PDW态。单层Fe(Te,Se)薄膜中PDW态的发现为研究高Tc超导体中相关电子态与非常规库珀对之间的相互作用提供了一个低维平台。

在传统的Bardeen-Cooper-Schrieffer超导体中，携带时间逆动量的电子形成零质心动量库珀对，并产生平移不变的超导序参数。在时间反转对称破缺交换场中，库珀对可能获得有限动量Q，并表现出空间非均匀的对密度，称为Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO)态。进一步的研究将有限动量配对状态推广到涉及多个Q分量的情况，而不必破坏时间反转对称性。这种配对密度波(PDW)状态被认为在高温(高Tc)铜超导体中存在并起着重要作用。此外，提出了相邻CuO2平面上的正交PDW态来解释块体La2-xBaxCuO4(x = 1/8)的二维超导性。然而，以往对PDW状态的实验研究主要是基于块体超导体，在低维极限下直接可视化PDW是具有挑战性的。

与铜酸盐类似，铁基超导体(FeSCs)具有复杂的相图，具有各种对称破缺的电子态，如向列序和条纹反铁磁序。在面内磁场作用下，FeSCs在低温下的上部临界场异常上翻，这被认为是FFLO状态的标志。然而，FeSCs中PDW顺序的直接证据一直缺乏。在FeSCs中，在SrTiO3(001) (STO)衬底上生长的单层FeSe和Fe(Te,Se)薄膜由于具有较高的超导转变温度和拓扑电子结构而受到广泛关注。最近，在STO上生长的非超导多层FeSe中观察到电荷有序，这就提出了PDW是否可以在超导单层FeSe或Fe(Te,Se)薄膜中出现的问题。

在1-UC Fe(Te,Se)/STO中沿Fe-Fe键方向形成畴壁（图源自Nature）

该研究使用原位扫描隧道显微镜(STM)和扫描隧道光谱(STS)，报道了沿固有畴壁的单细胞(1-UC) Fe(Te,Se)/STO薄膜中PDW状态的观察。该研究在1-UC Fe(Te,Se)/STO的畴壁处检测到一个周期λ≈3.6αFe的不相称PDW态。该研究结果表明，嵌入在二维FeSCs中自然出现的畴壁等量子结构为研究PDW态及其与拓扑电子态和非常规高Tc超导性的相互作用提供了新的材料平台。

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06072-x