新型氧化物界面材料 LaAlO₃/KTaO₃ 展现了非凡的超导特性。与经典的 LaAlO₃/SrTiO₃界面相比，LaAlO₃/KTaO₃的超导转变温度显著更高，并表现出独特的晶面取向依赖性[图(a-b)]，为研究氧化物界面超导的特性和物理机制提供了一个崭新的研究平台。然而，由于界面通常埋藏在厚达数十纳米的覆盖层下，传统的表面敏感角分辨光电子能谱（ARPES）难以直接探测其电子结构。

在本研究中，通过制备具有超薄覆盖层的超导界面，并采用~1000 eV 光子激发的软 X 射线角分辨光电子能谱（SX-ARPES）[图(c)]，我们克服了探测深度的限制，首次揭示了 LaAlO₃/KTaO₃超导界面与非超导界面的电子结构。研究表明，超导界面与非超导界面处的自由电子呈现显著的 k_⊥ 色散[图(d-e)]，形成超过 5.5 纳米空间分布的准三维电子气，且具有相似的轨道占据。此外，观察到的电子-声子耦合特征表现出显著的界面取向依赖性，其中较强的电子-声子耦合与更高的超导转变温度密切相关[图(f-h)]。这些发现不仅为理解KTaO₃界面超导的晶面取向依赖性提供了一个合理的物理解释，也为相关理论构筑提供了实验基础。同时，我们的研究表明界面取向能够在纳米尺度上调节电子-声子耦合强度，为氧化物界面在铁电性、多铁性和超导性等功能特性的工程化设计提供了新的方向。

该成果已发表于《Nature Communications》(doi.org/10.1038/s41467-024-51969-4)，论文标题为“Orientation-dependent electronic structure in interfacial superconductors LaAlO₃/KTaO₃”。陈晓阳为第一作者，俞天伦为第二作者，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：(a) LaAlO3/KTaO3 (111)、（110）和（001）界面示意图。(b) LaAlO3/KTaO3 (111)、（110）和（001）界面超导的晶面取向依赖性。(c) 软 X 射线角分辨光电子能谱测量与样品示意。(d-e) LaAlO3/KTaO3 (111)界面电子结构的k⊥ 色散。(f-h) KTaO3界面电子-声子耦合特征的晶面取向依赖。