科研进展|上科大物质学院联合课题组在镍砷基超导材料研究中取得新进展

近日，上海科技大学物质科学与技术学院光子科学与凝聚态物理研究部颜世超组和齐彦鹏组合作在镍砷基超导材料单轴电荷密度波和复杂结构的研究中取得了新进展。该成果发表于知名期刊Nano Letters。

非常规超导材料的超导态往往伴随着复杂和有趣的电子有序态，例如电荷密度波、自旋密度波和电子向列序等。虽然这些有序态与超导之间具有紧密的关联，但它们在超导材料中所扮演的确切作用尚没有统一的定论。

近期，镍砷基超材料（Ba_1-xSr_xNi₂As₂）体系中多种电荷密度波态和电子向列序被相继发现和报道，表明Ba_1-xSr_xNi₂As₂超导体系是研究电荷密度波、电子向列序和超导之间相互作用的一个新的材料体系。最近的理论计算结果还表明，由于化学键的重新排布，这类材料可能具有复杂的结构调制。但截至目前，Ba_1-xSr_xNi₂As₂超导体中的结构、电荷密度波及电子向列序的微观信息还没有任何公开有效的实验结果。

图1. BaNi₂As₂的晶体结构及费米面示意图、Ba表面形貌图和微分电导谱图

图2. BaNi₂As₂的NiAs表面形貌图及其傅里叶变换图像

联合团队对Ba_1-xSr_xNi₂As₂材料体系进行了系统的结构和物性研究。他们利用低温扫描隧道显微镜在母体BaNi₂As₂的低温（三斜）相中发现了单轴电荷密度波序和多周期的复杂结构调制。通过变温实验发现BaNi₂As₂的高温（四方）相中，单轴电荷密度波消失的同时出现了周期性的1×2超结构。研究进一步发现，Sr掺杂能够抑制Ba_0.5Sr_0.5Ni₂As₂材料中单轴电荷密度波的形成，同时低温（三斜）相的Ba_0.5Sr_0.5Ni₂As₂演变为1×2周期的超结构。相比于母体材料（BaNi₂As₂），Ba_0.5Sr_0.5Ni₂As₂的超导能隙会增强。这些结果表明，对于Ba_1-xSr_xNi₂As₂体系，抑制单轴电荷密度波和复杂结构调制、形成稳定的1×2超结构有利于提升超导性能。

这项工作首次从实空间观测到了Ba_1-xSr_xNi₂As₂超导体的复杂结构和单轴电荷密度波，提供了单轴电荷密度波存在的关键实验证据，揭示了Sr掺杂的对该类材料中电子特性的影响。该成果有助于进一步理解Ba_1-xSr_xNi₂As₂材料中的复杂结构、电荷密度波序、电子向列序和超导之间的关联作用，有助于深化对材料输运特性的认识。

上海科技大学是该成果的唯一完成单位，物质学院研究生秦天、钟瑞霞和曹渭征为文章的共同第一作者，颜世超教授、齐彦鹏教授和文陈昊平副研究员为文章的共同通讯作者。

论文标题：

Real-Space Observation of Unidirectional Charge Density Wave and Complex Structural Modulation in the Pnictide Superconductor Ba1−xSrxNi2As2

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c00323