新闻中心讯 从2008年铁基超导发现到今天，寻找具有更高超导转变温度的超导材料和理解高温超导电性的产生机理是科学家追寻的梦想。FeSe是铁基超导体里结构最简单的材料，但因为缺少高质量单晶材料，对其电子结构的研究却是极为匮乏。最近，清华大学薛其坤研究组和中科院物理所周兴江研究组利用STM和ARPES发现，在SrTiO3衬底上生长的单层FeSe薄膜，具有铁基超导体里最大的超导能隙，并可能对应着高达65K的超导转变温度记录。对FeSe电子结构的深入研究，对进一步理解铁基超导体的超导机理，以及如何提高材料的超导转变温度，有着极为重要的的意义，因此引起了全球科学家的研究兴趣。
物理系封东来教授研究组的博士生谭世勇等利用分子束外延（MBE）设备，成功的在SrTiO3衬底上生长出了高质量的FeSe单晶薄膜，并利用原位的ARPES技术，对其电子结构进行了深入系统的研究。首先，他们通过原位生长并测量得到了单层FeSe薄膜的电子结构和超导能隙，证实了单层FeSe中存在超过65K超导转变温度的迹象。而且，他们通过ARPES表征SrTiO3衬底在FeSe生长过程中电子结构的演化过程，发现SrTiO3衬底在FeSe生长前的高温退火处理过程中由于大量氧空位的形成，导致了大量的富余电子。当单层FeSe在SrTiO3衬底上附着生长时，SrTiO3中的电子转移给了FeSe，并对FeSe进行了电子掺杂。他们的研究结果解释了单层FeSe处于深度电子掺杂态的起源，对理论构建单层FeSe的超导机制模型具有重要的作用。
此外，他们还系统地研究了FeSe电子结构随着薄膜厚度的演变过程。逐层生长并原位测量了FeSe薄膜的电子结构，发现在厚度大于2原子层的所有FeSe薄膜中，在相应的特征温度以下，存在着自旋密度波。这是实验上第一次从电子结构的角度证实了FeSe同其他铁砷类铁基超导体一样，存在着自旋密度波，理论预言结果吻合。研究还发现，在SrTiO3衬底上生长的FeSe薄膜，由于晶格的失配造成FeSe薄膜存在着较大的拉伸应变，这种应变随着薄膜厚度的增加而减小，相应的FeSe薄膜的晶格常数从单层的3.90Å逐渐弛豫到FeSe的超导体的晶格3.77Å。在大于35原子层的FeSe薄膜中，其晶格常数和电子结构不再变化，并代表了超导体的FeSe的性质。他们的结果第一次给出了超导体的FeSe的电子结构，与能带计算结果十分吻合。
根据以上的实验结果，他们给出了FeSe随着晶格常数演变的相图，将铁砷类超导体和铁硒类超导体统一起来。根据相图，他们推测如果能在比SrTiO3O晶格常数更大的衬底上生长单层FeSe，并能够对其进行适度的电子掺杂的话，有可能进一步提高其超导转变温度。
他们的研究表明在FeSe是一种最简单、最纯净的铁基超导体系，但其仅仅随着掺杂和晶格常数的变化即表现出了丰富的磁性和超导现象。对提高材料的超导转变温度，理解铁基超导材料的机理，以及理论模型的构建和检验，均具有重要的意义。
该研究结果已在Nature Materials上作为Article在线发表，并被同一期的News and Views文章加以评述。
