????近日,綜合極端條件實驗裝置(SECUF)再次彰顯其在物質(zhì)科學(xué)前沿研究中的核心支撐作用。依托該裝置的極低溫強磁掃描隧道實驗站(A7),上海交通大學(xué)李政道研究所丁洪院士團隊聯(lián)合中國科學(xué)院物理研究所等多個單位,在鐵基超導(dǎo)體KFe2As2中首次觀測到量子磁通渦旋的分數(shù)化與斯格明子形成,相關(guān)成果發(fā)表于國際頂級期刊Science。
????極低溫與高分辨掃描隧道譜:SECUF創(chuàng)造關(guān)鍵實驗條件
這一重大突破的實現(xiàn),離不開SECUF所提供的無可替代的實驗環(huán)境。丁洪研究團隊與A7實驗站研究人員武睿、于鑫通力合作,首先利用該站低溫(~5 K)原位解理技術(shù),在KFe2As2表面成功獲得高質(zhì)量“1×1”結(jié)構(gòu)的K終止面(圖一),并發(fā)現(xiàn)該表面具有強于體內(nèi)數(shù)倍的超導(dǎo)態(tài),為后續(xù)在此表面上觀測到分數(shù)化的超導(dǎo)量子磁通渦旋奠定了重要基礎(chǔ)。隨后,在20 mK極低溫條件下,團隊借助高分辨掃描隧道譜學(xué),首次直接觀測到來自不同軌道/能帶的多個超導(dǎo)能隙(圖二C),證實了多超導(dǎo)分量共存的關(guān)鍵特征,與理論提出的分數(shù)渦旋來源于不同超導(dǎo)分量相互呼應(yīng)。
????可逆分數(shù)化劈裂:SECUF助力捕獲決定性實驗證據(jù)
更引人注目的是,SECUF實驗站的高穩(wěn)定性和高精度測量能力,使得研究團隊不僅復(fù)現(xiàn)了隨溫度升高部分渦旋分數(shù)化劈裂的過程,還在降溫過程中首次捕捉到分數(shù)渦旋重新合并為整數(shù)渦旋的可逆轉(zhuǎn)變(圖三D)。這一可逆過程為渦旋劈裂起源于內(nèi)稟的分數(shù)化效應(yīng)提供了決定性實驗證據(jù),從根本上排除了渦旋位置漲落、釘扎效應(yīng)等平庸因素的干擾。
面向未來:SECUF將持續(xù)賦能新型量子物態(tài)的探索
中國科學(xué)院物理研究所作為該項研究的第二完成單位,通過SECUF為實驗提供了全程保障。目前,研究團隊正繼續(xù)利用SECUF的極端條件平臺,深入開展后續(xù)相關(guān)研究工作。
展望未來,SECUF作為國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,將在量子新物態(tài)的發(fā)現(xiàn)、表征與調(diào)控方面持續(xù)發(fā)揮不可替代的關(guān)鍵作用。依托極低溫、強磁場、超高壓等綜合極端條件,SECUF有望在拓撲超導(dǎo)、量子自旋液體、非常規(guī)超導(dǎo)配對機制、量子計算等領(lǐng)域催生更多原創(chuàng)性突破,為我國搶占量子科技國際制高點提供堅實的實驗支撐。

圖1:122型鐵基超導(dǎo)體不同的解理面。

圖2:“1 × 1” K 解理面顯著的超導(dǎo)增強和多帶超導(dǎo)電性。