近日，我系/应用表面物理国家重点实验室李世燕教授课题组与中国科学技术大学陈仙辉教授教授、我系张远波教授、安正华教授等合作，利用固态离子栅压技术发现铁硒基超导体中分立的超导相图。文章以“Discrete Superconducting Phases in FeSe-Derived Superconductors” 为题，于2018年11月15日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

非常规超导体的一个特征是其相图存在着一个或多个“穹顶”，即超导转变温度T_c随着载流子注入、外界压力或同价态掺杂显示出先增加后减小的连续变化，这在铜氧化物高温超导体、铁砷基高温超导体、有机超导体以及重费米子超导体中被普遍观察到。FeSe基超导体是近年来超导领域研究的热点，但其随载流子变化的超导相图仍存在着争议，原因在于缺乏一个精确有效的载流子调控手段。

本文中，作者利用改进的原位固态离子栅压技术实现碱金属注入的连续调控(控制精度小于1%)，从而使得解决上述问题成为可能。基于对薄层的FeSe单晶样品中锂、钠含量的精确调控，得出如下主要结论：1. 碱金属插层铁硒基超导体的超导相图是分立的而非连续的，这迥异于其他非常规超导体(图1, 图2)。 2. 在锂掺杂铁硒的欠掺杂区发现一个新的超导相Li_0.17FeSe (T_c = 36 K)。3. 该分立超导相的起源与铁位的无序程度密切相关，铁位2%的铜掺杂即可使相图恢复连续，而硒位20%的硫掺杂也不改变分立行为(图1)。该成果为理解FeSe基超导体的超导机理提供了重要的实验依据。

图1：(a) Li插层的FeSe薄层样品电阻随温度的变化关系曲线。虚线标记三个分立的超导转变，分别是8K，36K和44K。(b) Li插层的FeSe_0.8S_0.2薄层样品电阻随温度的变化关系曲线。 (c) Li插层的Fe_0.98Cu_0.02Se薄层样品电阻随温度的变化关系曲线。(d-f) 对(a-c)中的R-T曲线求导数后的等高线图。

图2：FeSe基超导体超导转变温度随金属注入量的相图。红线表示以Li_xFeSe为例的金属插层FeSe超导体的分立超导相。上方为FeSe随载流子连续增加，费米面拓扑结构的演化示意图。右侧的黄色区域为过掺杂后的绝缘相。

李世燕教授和陈仙辉教授为共同通讯作者，我系博士后应天平和博士生汪旻祥为论文共同第一作者。该项目受到国家自然科学基金委、科技部、以及上海市教委和科委的资助。