2012年,人们首次发现生长在SrTiO3表面的单层FeSe的超导转变温度达到了65 K,相比FeSe块材有显著提高。许多研究表明,界面电子-声子耦合(EPC)在其中起到了关键作用。例如,通过对STO中O元素的同位素替换,证明了超导能隙大小与电子-声子耦合强度呈正相关;通过对多层FeSe薄膜掺K的实验表明,对于远离界面、界面EPC强度趋近于零的FeSe层,即使电子掺杂达到最佳浓度,其超导转变温度(46 K)也远低于单层FeSe/SrTiO3。然而,与FeSe块材或多层FeSe相比,单层FeSe的维度减小也会对其超导性质产生影响。目前还没有研究在保持单层FeSe二维性不变的情况下,实现界面电子-声子耦合强度为零的FeSe/氧化物体系,这使得我们难以将界面EPC和维度对其超导性质的影响区分开来,理解超导增强机制。
基于此,我们构建了一个新的超导界面——1 UC FeSe/SrVO3/SrTiO3。通过ARPES测量其能带结构,发现了作为电声子耦合标志的“复制带”现象的消失。同时,通过EELS测量在SrTiO3表面生长SrVO3前后的声子谱,发现金属性的SrVO3薄膜可以屏蔽包括SrTiO3声子在内的所有高能Fuchs-Kliewer声子。这样,1 UC FeSe/SrVO3/SrTiO3体系成为第一个在保持1 UC FeSe厚度的同时屏蔽界面EPC的FeSe/氧化物系统。尽管与单层FeSe/SrTiO3和单层FeSe/LaFeO3的掺杂水平相当,单层FeSe/SrVO3的超导配对温度(48 K)低于FeSe/SrTiO3(65 K)和FeSe/LaFeO3(80 K)。我们的研究成功地将界面EPC和维度对FeSe/氧化物界面超导配对温度提升的贡献区分开来,强调了界面EPC的关键重要性。同时,这个FeSe/VOx界面还提供了一个研究界面超导性的新平台。
该工作已发表于Nano Letters (doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01612),标题为“Inferior Interfacial Superconductivity in 1 UC FeSe/SrVO3/SrTiO3 with Screened Interfacial Electron−Phonon Coupling”,郭楠为第一作者,徐海超副研究员、彭瑞研究员和封东来教授为共同通讯作者。
图 1 (a) 1 UC FeSe/SVO/STO结构示意图,(b) 1 UC FeSe/SVO/STO费米面,(c-h)1 UC FeSe/SVO/STO高对称方向能带结构,(i)1 UC FeSe/SVO与1 UC FeSe/STO声子谱对比,(j)1 UC FeSe/SVO/STO与1 UC FeSe/STO,1 UC FeSe/LFO/STO超导配对温度与界面EPC强度的关系曲线