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近期，上海交通大學物理與天文學院長聘教授張文濤研究組基于所研制的具備高能量、時間分辨率優(yōu)勢的先進角分辨光電子能譜系統(tǒng)，利用超快激光激發(fā)，在FeSe超導體中探測到兩個純電子結(jié)構(gòu)相變，并發(fā)現(xiàn)晶格結(jié)構(gòu)相變對向列相電子態(tài)有著奇異的貢獻

量子材料中的電子向列相（nematic phase），即電子態(tài)的旋轉(zhuǎn)對稱性破缺但仍然保持著平移對稱性，這種奇異的電子態(tài)在銅氧化物、鐵基等超導體及最近發(fā)現(xiàn)的籠目結(jié)構(gòu)超導體中普遍存在。研究電子向列相的產(chǎn)生機制及其與高溫超導配對機制之間的關(guān)聯(lián)，是目前超導物理的研究重點之一。

FeSe是晶格結(jié)構(gòu)最簡單的鐵基超導體，與大多數(shù)鐵基超導體不同的是，F(xiàn)eSe在發(fā)生結(jié)構(gòu)相變時并沒有伴隨著磁結(jié)構(gòu)的相變，為研究純的電子向列相和超導相之間的關(guān)聯(lián)提供了獨特的平臺。在研究其向列相起源問題時，大量的平衡態(tài)變溫實驗認為，在發(fā)生結(jié)構(gòu)相變時，晶格結(jié)構(gòu)畸變量（< 0.5%）不足以引起相對而言比較大的電阻面內(nèi)各向異性（~ 4%），因此普遍忽略了晶格自由度對向列相電子態(tài)的影響，但是實際上對于平衡態(tài)變溫實驗（Te = Tl，Te、Tl分別為電子和晶格溫度），無法將晶格自由度和電子自由度區(qū)分開，難于判斷兩者分別對向列相電子態(tài)的貢獻。在本研究中利用超快激光泵浦的方式，在超短的時間內(nèi)可實現(xiàn)電子自由度和晶格自由度的分離（Te ? Tl），分別提取兩者對向列相電子態(tài)的貢獻。

對比非平衡態(tài)超快過程中的能量移動（純電子序貢獻）以及平衡態(tài)變溫過程中的能量移動（純電子序和晶格相變貢獻總和），可提取出晶格結(jié)構(gòu)相變對向列相電子態(tài)的影響，對于dyz，dxz和dz2能帶的能量移動影響分別為-1，5和12 meV，與激光泵浦純電子結(jié)構(gòu)相變引起的能帶移動大小相當，證明晶格結(jié)構(gòu)相變對向列相電子態(tài)有著不可忽略的貢獻。

與此同時，張文濤研究組還利用所研制的超高能量分辨角分辨光電子能譜（分辨率好于0.4 meV），對FeSe中向列相和超導能隙隨S摻雜的變化進行了精細研究，發(fā)現(xiàn)隨著摻S增加，超導能隙減小，同時向列相轉(zhuǎn)變溫度降低，證明向列相的出現(xiàn)有利于增強超導配對強度（Yang et al., Chin. Phys. Lett. 39, 057302, (2022), Express Letter）。

本工作主要由國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、上海市自然科學基金委、上海市教委創(chuàng)新計劃和上海市科技重大專項資助，與復旦大學趙俊教授課題組、上海交通大學錢冬教授、向導教授合作完成。上海交通大學博士生楊媛媛為本工作第一作者，張文濤為通訊作者。