近日，北京量子信息科学研究院（以下简称量子院）拓扑量子计算团队、低维量子材料团队与共建单位清华大学物理系合作，利用自主设计研发的分子束外延-扫描隧道显微镜-微区原位输运测量联合系统，在单层FeSe薄膜上建立了超导能隙与电学输运间的直接对应关系，为理解其界面超导机理提供了新的实验依据。2024年4月20日，相关研究成果以“Electronic inhomogeneity and phase fluctuation in one-unit-cell FeSe films”为题发表在Nature Communications上。

单层FeSe/SrTiO3中的界面超导增强现象是近年来高温超导领域的重要发现，但单层FeSe薄膜极强的空气敏感性制约了其输运研究。为克服这一困难，研究人员自主设计研发出一套超高真空分子束外延-扫描隧道显微镜-微区原位输运测量联合系统（Rev. Sci. Instrum. 91, 063902 (2020)），在超高真空环境内原位研究微米尺度单层FeSe薄膜的电学性质与扫描隧道谱，既避免了大气对薄膜的破坏，也避免了宏观样品不均匀对测量造成的影响。

研究发现，具有孪晶界的单层FeSe薄膜可以视为一个双超导相渗流体系，超导能隙分别约为15 meV和10 meV，输运测量中表现出两阶非线性的电压-电流行为。同时，该体系超导onset转变温度、零电阻温度分别与占比较高的15 meV超导相的电子配对温度、体系BKT转变温度具有较好的一致性。研究结果表明，单层FeSe/SrTiO3中本征电子不均匀性与相位涨落共同导致了其较大的超导展宽。该研究能够为理解该体系的超导行为和超导机理提供帮助。

该论文第一作者为量子院助理研究员赵大鹏、崔文强和清华大学刘耀伍博士，通讯作者为量子院院长薛其坤院士、清华大学王立莉副研究员和山东大学王以林教授。合作者还包括量子院副研究员张立果、臧运祎，兼聘研究员张定和何珂等。该工作得到了国家自然科学基金、科技部科技创新2030—量子通信与量子计算机重大项目、北京市自然科学基金等项目的支持。