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

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

FeSe是晶格結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的鐵基超導(dǎo)體，與大多數(shù)鐵基超導(dǎo)體不同的是，F(xiàn)eSe在發(fā)生結(jié)構(gòu)相變時(shí)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(dǎo)相之間的關(guān)聯(lián)提供了獨(dú)特的平臺(tái)。在研究其向列相起源問題時(shí)，大量的平衡態(tài)變溫實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，在發(fā)生結(jié)構(gòu)相變時(shí)，晶格結(jié)構(gòu)畸變量（< 0.5%）不足以引起相對(duì)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(duì)向列相電子態(tài)的影響，但是實(shí)際上對(duì)于平衡態(tài)變溫實(shí)驗(yàn)（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(duì)向列相電子態(tài)的貢獻(xiàn)。在本研究中利用超快激光泵浦的方式，在超短的時(shí)間內(nèi)可實(shí)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(duì)向列相電子態(tài)的貢獻(xiàn)。

對(duì)比非平衡態(tài)超快過程中的能量移動(dòng)（純電子序貢獻(xiàn)）以及平衡態(tài)變溫過程中的能量移動(dòng)（純電子序和晶格相變貢獻(xiàn)總和），可提取出晶格結(jié)構(gòu)相變對(duì)向列相電子態(tài)的影響，對(duì)于dyz，dxz和dz2能帶的能量移動(dòng)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(dòng)大小相當(dāng)，證明晶格結(jié)構(gòu)相變對(duì)向列相電子態(tài)有著不可忽略的貢獻(xiàn)。

與此同時(shí)，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(duì)FeSe中向列相和超導(dǎo)能隙隨S摻雜的變化進(jìn)行了精細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)隨著摻S增加，超導(dǎo)能隙減小，同時(shí)向列相轉(zhuǎn)變溫度降低，證明向列相的出現(xiàn)有利于增強(qiáng)超導(dǎo)配對(duì)強(qiáng)度（Yang et al., Chin. Phys. Lett. 39, 057302, (2022), Express Letter）。

本工作主要由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金委、上海市教委創(chuàng)新計(jì)劃和上海市科技重大專項(xiàng)資助，與復(fù)旦大學(xué)趙俊教授課題組、上海交通大學(xué)錢冬教授、向導(dǎo)教授合作完成。上海交通大學(xué)博士生楊媛媛為本工作第一作者，張文濤為通訊作者。