清華大學物理系薛其坤院士和陳曦教授的研究團隊，近期在鐵基超導體研究中又取得重要進展，該研究成果以Phase separation and magnetic order in K-doped iron selenide superconductor（《摻鉀三元鐵硒超導體的相分離和磁有序》）為題在線發表在《自然—物理學》（Nature Physics）上，文章第一作者為物理系薛其坤院士指導的2005級博士生李渭。
圖為KxFe(2-y)Se薄膜的STM圖像 他們于今年6月在《科學》發表了有關該方面的研究論文的基礎上，此次在國際上率先開展了涉及3個不同族元素的鐵基超導薄膜的分子束外延生長，制備出了高質量的 KxFe2-ySe2薄膜，這是鐵基超導薄膜材料方面的一個重要突破。利用這種高質量的薄膜，他們澄清了目前KxFe2-ySe2超導體中存在的幾個關鍵科學問題。
圖為超導相KFe2Se2的STM原子分辨圖像 KxFe2- ySe2是2010年末發現的一類新型鐵基超導體。一系列實驗研究表明這種超導體具有以下特征：超導轉變溫度超過30K、存在絕緣相、由鐵空位導致的 √5×√5長程磁有序相以及2×2超結構等。多相的存在使得其超導機理的研究變得非常困難，澄清這些相之間的關系是理解其超導機理的關鍵。該研究團隊解決了由三個不同族元素組成的化合物的分子束外延生長的難題，得到了高質量的KxFe2-ySe薄膜，這是薄膜材料制備方面的一個重要突破。在此基礎上，他們利用高能量分辨極低溫強磁場掃描隧道顯微技術進行了系統的研究。他們首次在實驗上確定無疑地證明了該體系存在相分離現象：具有嚴格化學配比的 KFe2Se2為超導相，而由鐵空位誘導的√5 × √5-K2Fe4Se5為反鐵磁絕緣相。此外，他們還發展出一套探測超導體自旋結構的方法，證明該材料在超導區域也存在長程反鐵磁序，這種磁有序會導致 2×2超結構。該工作澄清了KxFe2-ySe2研究中存在的一系列困惑，并為非常規超導體的研究帶來新的方法和思路。這項研究是和中科院物理所馬旭村研究員的研究組以及美國普渡大學胡江平教授合作完成的，項目得到了國家自然科學基金委員會和科技部國家重大科學研究計劃的資助。 |
