中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心坐落于安徽省合肥市风景秀丽的科学岛，2008年4月30日经中国科学院批准成立，依托中国科学院合肥物质科学研究院管理（科发人教字〔2008〕133号），其前身是2005年12月20日成立的“合肥强磁场科学技术研究中心”。中心目标：发展强磁... 更多简介 +
稳态强磁场实验装置（SHMFF）是国家“十一五”重大科技基础设施，由中国科学院合肥物质科学研究院与中国科学技术大学共建，各项任务依托强磁场科学中心开展。装置于2017年通过国家验收，验收专家组一致认为，SHMFF“磁体技术和综合性能达到国际领先水平... 更多简介 +
近期，稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心与安徽医科大学、中国科学技术大学、香港科技大学等多家单位合作，依托SHMFF所属多功能物性测试系统（PPMS），在Zn掺杂FeSe单晶（Fe1-xZnxSe）的超导配对机制研究上取得重要进展。相关成果以“Nonmonotonic evolution of the superconducting transition temperature and robust multigap superconductivity with extended s‑wave and s‑wave gaps in Zn‑incorporated FeSe”为题，发表于Physical Review B。
FeSe是铁基超导体中极具代表性的体系，其简单的晶体结构使其成为研究铁基超导配对机理的理想对象。但迄今为止，FeSe体系的超导配对对称性、能隙结构仍然存在诸多争议。非磁性杂质掺杂是探究超导配对机制的重要实验手段。以往FeSe体系掺杂研究多集中于Se位替换，对于Fe位的非磁性元素掺杂的系统研究仍较为匮乏。Zn作为非磁性杂质引入FeSe晶格，会带来局域晶格畸变、缺陷以及载流子散射，可用来检验超导配对理论模型，为超导配对机制提供约束条件。
研究团队合成了不同Zn掺杂（x=0‑0.023）浓度的高质量Fe1-xZnxSe单晶，利用X射线衍射、扫描电镜能谱、高分辨透射电镜、磁性、电输运、比热等多种表征手段，对晶体结构与超导物性开展了系统性研究。XRD、EDS‑mapping以及HRTEM结果证明Zn元素可以均匀掺杂进入FeSe晶格，同时Zn掺杂会引入局域晶格应变与点缺陷。磁性与电输运实验结果证实，在整个掺杂区间样品均表现出体超导行为，Zn掺杂会增强体系载流子散射效应。实验发现，超导转变温度(Tc)随Zn掺杂浓度升高呈现显著的非单调演化：低掺杂浓度下Tc先降低，中等掺杂浓度下Tc有所上升，高掺杂浓度下Tc再降低。该现象不能简单地通过杂质破坏超导配对来解释，反映出杂质散射与多带电子效应之间的竞争关系。
低温比热的实验数据偏离单能隙模型、d-波超导模型拟合，却与各向异性扩展s波加各向同性s波双能隙多带模型高度吻合。随着Zn掺杂浓度变化，两个超导能隙组分的相对权重几乎保持不变，说明Zn取代引起的带间散射相对较弱，多能隙超导态得到很好保留。该研究为FeSe候选超导配对机制提供了严格的实验约束，凸显多带电子结构与各向异性能隙在铁基超导中的关键作用。
上述实验结果揭示了Zn掺杂FeSe体系稳健的多能隙超导特性，加深了人们对于FeSe铁基超导体配对机理的理解，为后续铁基超导理论模型构建、杂质调控超导行为提供重要实验依据。
安徽医科大学徐汉淑副教授、中国科学技术大学唐凯斌教授、香港科技大学安柯宇博士后、合肥强磁场中心韩玉岩副研究员为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、安徽医科大学BSKY科研基金、广东省基础与应用基础研究基金等项目的支持。
文章链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/rw7j-zxw6
图. Zn掺杂Fe1−xZnxSe单晶的超导转变温度（Tc）随Zn掺杂浓度的变化。
Tc 通过磁化率(M),电阻率(ρ),以及比热(C)数据来确定。
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