尖晶石结构氧化物为研究电子关联、几何挫折与超导性的耦合机制提供了独特平台。然而，代表性的自旋极化超导体 LiTi₂O₄ 的电子结构及其超导机制长期存在争议，包括电声子耦合（EPC）强度分布、能带重整化来源以及能隙是否具有节点等问题。由于以往研究主要依赖多晶样品，其结构缺陷与载流子密度偏小限制了超导态本征性质的解析，因此迫切需要在高质量单晶薄膜上开展原位谱学测量，以获得其电子结构、能带重整化、EPC 各向异性以及超导能隙形态的直接证据。

研究团队首先通过 RHEED 观测到清晰条纹（图4a），确认薄膜具有高质量外延结构和平整表面。在超导性质方面，STS 显示 20 mK 下超导能隙呈 U 型结构（图4b），证明 LiTi₂O₄ 为 无节点 s-wave 超导体。在电子结构方面，利用ARPES 获得其三维动量分布，kₓ–k_z 平面中的费米面周期性清晰可见，与布里渊区重复性严格一致（图4c），直接展示了 LiTi₂O₄ 的 三维费米面拓扑。在电子关联方面，沿 K 方向的能带色散中观测到明显的 kink（图4d-4e），其能量尺度 ∼45 meV，与声子态密度的峰值一致，表明强 EPC 的存在。进一步的动量分辨分析揭示 EPC 呈显著各向异性，在靠近 L 点（鞍点附近）最强，而在 K 附近最弱。三维费米面的EPC强度分布（图4f）显示随动量呈非均匀分布，与鞍点导致的态密度增强分布高度一致。这些发现共同揭示：LiTi₂O₄ 是一个 以 EPC 为主导、但受电子相关性与几何挫折调制的相关 BCS 超导体，其三维电子结构、能隙形态与 EPC 分布首次获得系统实验验证。该成果发表在Physical Review B, 112， 045105 (2025)。

图 4 LiTi₂O₄ 的薄膜质量、超导能隙、能带重整化及三维 EPC 各向异性。(a) RHEED 图样呈现清晰条纹和高阶衍射点，表明 LiTi₂O₄ 外延薄膜具有高质量和平整表面。(b) 20 mK 下的 STS 谱显示 U 型无节点超导能隙，符合 s-wave BCS 超导特征。(c) ARPES 能带色散呈现约 45 meV 的 kink 结构，反映显著的电子–声子耦合。(d) kₓ–k_z 平面费米面周期性（Fig.3e）展示材料本征的三维费米面拓扑。(e) EPC 强度 λ 在三维费米面上呈强烈各向异性，在接近 L 点（鞍点位置）处最强，体现几何挫折与鞍点态对 EPC 的放大作用。