近日，兰州大学物理学院关联电子材料科研团队提出了FeSe超导体中有不同的载流子口袋影响机制，为铁硒基高温超导性研究提供了新的视角。研究成果以“Distinct Electronic Origins of Superconductivity and Nematicity in FeSe”为题发表于物理学著名国际期刊《Physical Review Letters》。

在铁基超导体中，FeSe是结构最简单的二元化合物，具有准二维层状结构，并在10 K以下呈现超导性（T_c），是研究最为广泛的超导体之一。与许多其他高温超导体不同，FeSe在常压下没有长程磁有序，但会在约85 K经历被称为向列相转变（T_s）的结构转变。FeSe中向列序与超导性之间如何相互作用，在铁基超导体中仍存在争议。各种实验和理论研究显示，这两种序之间存在多样的关系，且随材料和调控条件的变化而变化。

FeSe的超导性具有高度可调性，有多种方法可提高其超导性，包括：碱金属插层、分子插层、以及离子液体门控实验。无论采用化学掺杂还是调控手段，它们通常都会同时引起电子结构和晶体结构的变化，从而改变T_c和T_s。因此，将载流子密度变化与晶格变化分离开来，并阐明这些序相变的起源，对于研究FeSe中超导性与向列相之间的关系至关重要。

本研究中，创新性的对FeSe引入一种新的水热处理，能够在不改变晶体结构和磁性的情况下有效地减少间隙铁，且伴随着载流子密度和迁移率显著增加，同时提高了超导与向列相转变温度。这种处理手段不同于掺杂或者应变调控，提供了一种只有单一变量调控的研究平台，得以研究超导序和向列序之间的关联性。

图1  上下示意图分别表示FeSe在水热处理前后的变化。（a）FeSe单胞中水热处理后层间间隙铁脱出的示意图，（b）磁性保持不变的示意图，（c）费米面能带相对上下移动示意图（各轨道结构保持不变）。

结合实验结果和先前研究，研究揭示了不同的口袋影响机制：超导序主要受电子口袋的影响，而向列序则受空穴口袋的驱动。这项研究结果证明了FeSe中超导性与向列性的独立机制，阐明了两相之间并没有明显关联性，为研究铁基超导体中的微观机制带来了新的见解。

兰州大学物理学院张清明教授和张安民教授为该论文的通讯作者，博士生马雪英为该论文的第一作者。论文合作者包括兰州大学姜兴东高级工程师、李志伟副教授、李可意、侯少帅、梅贺林、董艺文、谭明蜀、任玮等研究生。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项目的大力资助。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/zhlp-4gdv