高溫超導機理一直是凝聚态物理前沿研究中的一個重要問題。由于高溫超導相通常與磁有序相在相圖中交織出現，理解超導相與磁有序相之間的關聯，對于理解高溫超導配對機理十分重要。鐵基超高超導是近些年發現的一類高溫超導材料，其相圖中存在着高溫超導相與條紋自旋密度波相。而有關超導與自旋密度波之間的關系，一直存在争議。
能隙結構測量是一種研究相轉變機制的有效實驗方法。在有序态下，電子系統通常會在費米能處打開能隙。能隙的大小以及在動量空間的分布直接反應了體系中存在的相互作用形式。對于鐵基高溫超導材料而言，其超導相的能隙結構已經得到了廣泛的研究。然而對于條紋自旋密度波相，由于其存在面内旋轉對稱性破缺，從而導緻多疇現象，能帶結構非常複雜。因而，對于鐵基高溫超導材料中的自旋密度波能隙結構的測量，至今沒有清晰和詳細的實驗結果。
近日，beat365官方网站量子材料科學中心張焱研究組利用自主搭建的高分辨角分辨光電子能譜和美國斯坦福同步輻射實驗室BL5-4實驗站，測量了鐵基超導材料中的自旋密度波的能隙各向異性。在研究中，張焱課題組首先通過樣品合成，利用Sr1-xNaxFe2As2體系，獲得了不具有旋轉對稱性破缺的C4磁有序相。這使得測量不受多疇的影響，将探測能帶的數量減少一半。同時，由于SrFe2As2類鐵基高溫超導體都存在表面電子态和體電子态分離的問題。張焱課題組利用表面電荷補償的方法，成功壓制了部分表面态，增強了體電子态的譜權重。通過這些實驗手段，成功測量得到了自旋密度波能隙在費米面上的分布。實驗同時和同一體系中的超導樣品進行了比對，發現自旋密度波能隙和超導能隙在能隙結構上存在很強的相似之處，包括同樣的角對稱性、不同費米面上的相對能隙大小以及能隙極小和極大所處的位置 （圖1）。這說明，超導相和自旋密度波相緊密相關，超導配對相互作用和磁相互作用可能具有共同的來源。這為理解鐵基高溫超導材料中超導配對機理提供了重要的實驗依據。
圖1：C4磁有序相能隙和超導能隙的對比。(a) C4有序相下，不同費米面上自旋密度波能隙的分布。（b）超導相下，不同費米面上超導能隙的分布。(c)自旋密度波能隙和超導能隙分布的對比示意圖。
該項工作于2020年6月19日在線發表于物理學術期刊Physical Review Letters上（https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.247002）。量子材料科學中心的張焱研究員是文章的通訊作者，博士生韓婷婷為文章第一作者。該項研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃的支持。
