薛其坤院士和陳曦教授的研究團(tuán)隊，近期在鐵基超導(dǎo)體研究中又取得重要進(jìn)展。他們在前期工作的基礎(chǔ)上(Science 332, 1410 (2011))，在國際上率先開展了涉及三個不同族元素的鐵基超導(dǎo)薄膜的分子束外延生長，制備出了高質(zhì)量的KxFe2-ySe2薄膜，這是鐵基超導(dǎo)薄膜材料方面的一個重要突破。利用這種高質(zhì)量的薄膜，他們澄清了目前KxFe2-ySe2超導(dǎo)體中存在的幾個關(guān)鍵科學(xué)問題。研究成果于2011年11月27日在線發(fā)表在Nature Physics上，文章第一作者為物理系2005級博士生李渭。

圖1_KxFe(2-y)Se薄膜的STM圖像                                                                  圖2_超導(dǎo)相KFe2Se2的STM原子分辨圖像

KxFe2-ySe2是2010年末發(fā)現(xiàn)的一類新型鐵基超導(dǎo)體。一系列實驗研究表明這種超導(dǎo)體具有以下特征：超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度超過30K、存在絕緣相、由鐵空位導(dǎo)致的√5×√5長程磁有序相以及2×2超結(jié)構(gòu)等。多相的存在使得其超導(dǎo)機(jī)理的研究變得非常困難，澄清這些相之間的關(guān)系是理解其超導(dǎo)機(jī)理的關(guān)鍵。該研究團(tuán)隊解決了由三個不同族元素組成的化合物的分子束外延生長的難題，得到了高質(zhì)量的KxFe2-ySe薄膜，這是薄膜材料制備方面的一個重要突破。在此基礎(chǔ)上，他們利用高能量分辨極低溫強(qiáng)磁場掃描隧道顯微技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。他們首次在實驗上確定無疑地證明了該體系存在相分離現(xiàn)象：具有嚴(yán)格化學(xué)配比的KFe2Se2為超導(dǎo)相，而由鐵空位誘導(dǎo)的√5 × √5-K2Fe4Se5為反鐵磁絕緣相。此外，他們還發(fā)展出一套探測超導(dǎo)體自旋結(jié)構(gòu)的方法，證明該材料在超導(dǎo)區(qū)域也存在長程反鐵磁序，，這種磁有序會導(dǎo)致2×2超結(jié)構(gòu)。該工作澄清了KxFe2-ySe2研究中存在的一系列困惑，并為非常規(guī)超導(dǎo)體的研究帶來新的方法和思路。

這項研究是和中科院物理所馬旭村研究員的研究組以及美國普渡大學(xué)胡江平教授合作完成的，項目得到了國家自然科學(xué)基金委員會和科技部國家重大科學(xué)研究計劃的資助。