单层FeSe/SrTiO3超导体中观测到明显超导相变

　　单层FeSe/SrTiO3界面超导体自2012年被发现【Chin.Phys.Lett.29,037402(2012)】以来，其超导机理引起了广泛的关注。它的超导转变温度明显高于体材料FeSe，除了已有研究表明的其电子结构与体材料FeSe明显不同之外，该界面超导体系的电-声子相互作用与铁基超导体系里的异同也为人们所关注。此外，人们注意到原位测量与带覆盖层的样品的超导转变温度有所差异，覆盖保护层如何影响超导转变温度并不完全清楚【Nat.Phys.10,892(2014)】。采用超快光谱方法研究单层FeSe/SrTiO3界面超导体系提供了从非平衡态角度进行研究的可能，且能通过准粒子寿命实验观测电-声子相互作用，是许多其它实验方法无法替代的。
　　
　　最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）表面物理实验室SF05组研究员赵继民与清华大学薛其坤院士/马旭村教授的研究组合作研究了该体系。通过时间分辨超快光谱的弱信号探测（图1），在单层FeSe/SrTiO3超导体中观测到了明显的超导相变（图2、图3），超导转变温度为68(-5/ 2)K。从图1时间分辨数据清楚可见，准粒子的超快（ps）动力学行为在70K附近有明显的变化。图2更加明显地展示了在68K附近有可能有一个超导相变，声子瓶颈（phonon-bottleneck）现象清晰可见。图3给出了定量的分析结果，其中图3（c，d）在68K附近同时有变化，依据非平衡态的微观动态平衡Rothwarf-Taylor模型，这是超导相变。他们得到超导转变温度为Tc=68(-5/ 2)K，超导能隙为Δ(0)=20.2±1.5meV,同时从图3（b）的快分量准粒子寿命可获得电-声子相互作用的大小，为λ=0.48，比同样采用超快光谱探测所得的体材料FeSe的电-声子相互作用大了3倍。此外，他们还在2个原胞厚度的FeTe覆盖层中观测到了相干态的声学支声子，它的存在为界面或衬底里的声子等配对胶水提供了额外的衰减通道（图4），从而导致配对胶水的减少或能量降低，这为覆盖层如何降低单层FeSe超导体的Tc提供了一种合理的解释。
　　
　　该工作首次运用超快光谱方法在单原子层体系上观测到超导相变。单个原子层的光学反射信号微弱，需要排除覆盖保护层的干扰，他们克服了实验挑战，优选了覆盖层厚度，最终分辨出了超导相变信息。该工作展示了以超快光谱方法研究强关联体系的优势：时域展开的超快动力学过程，非接触的无损测量，单层/界面量子体系的相变，以及对配对玻色子相关物性的研究。
　　
　　　相关研究结果发表在最近的Physical Review Letters上【Ultrafast Dynamics Evidence of High Temperature Superconductivity in Single Unit Cell FeSe on SrTiO3, Phys. Rev. Lett. 116, 107001 (2016)】。