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堿金屬摻雜富勒烯超導體的電子結構研究取得新進展
清華大學楊樂仙副教授課題組利用角分辨光電子能譜技術（ARPES）對堿金屬摻雜的富勒烯超導薄膜的電子結構進行了系統而詳盡的研究，厘清了體系中強烈的能帶重整化現象，推動了對其超導機理的理解。該研究成果以“Evidence for BandRenormalizations in Strong-Coupling Superconducting Alkali-Fulleride Films”為題，于2023年5月26日在線發表于Physical ReviewLetters，130, 216004。
堿金屬摻雜的富勒烯體系在大分子超導體中具有最高的超導轉變溫度（Tc）。它表現出豐富的物相和非常規的超導行為，是研究多體相互作用和高溫超導機理的重要平臺。富勒烯超導體與銅基氧化物高溫超導體有著許多相似之處，包括穹頂狀的超導相圖、和超導相近鄰的磁性莫特絕緣相以及贗能隙態等。由于體系中存在復雜的電聲子耦合相互作用和強電子關聯效應，其超導機理存在較大爭議。研究堿金屬摻雜富勒烯體系的電子結構和多體相互作用是理解其超導機理和相圖的關鍵。
研究團隊利用先進的分子束外延-角分辨光電子能譜（MBE-ARPES）真空互聯系統，在外延雙層石墨烯襯底上，成功制備了高質量的鉀摻雜富勒烯超導薄膜樣品，并解析了其電子結構中復雜的多體相互作用。研究團隊在C60薄膜生長過程中，觀察到了RHEED鏡面反射點強度隨生長時間的振蕩行為，從而依據振蕩周期確定了薄膜的層厚。ARPES首次在超導K3C60薄膜中觀察到穿越費米能級的能帶色散，占據帶寬約為130 meV。測量的能帶結構顯示出明顯的準粒子扭結和涉及Jahn-Teller活性聲子模式的復制能帶，這反映了體系中的強電子-聲子耦合。電子-聲子耦合常數估計約為1.2，它主導了準粒子質量重整化。此外，觀察到各向同性無節點超導能隙超出了平均場估計（2Δ/kBTc≈5）。大的電子-聲子耦合常數和大的減小超導能隙表明K3C60具有強耦合超導性，而電子關聯效應則是通過觀察到瀑布狀的能帶色散和與有效庫侖相互作用相比的小帶寬來說明。
該研究工作利用角分辨光電子能譜技術（ARPES）對堿金屬摻雜的富勒烯超導薄膜的電子結構進行了系統而詳盡的研究，可視化了關鍵的能帶結構，厘清了體系中強烈的能帶重整化現象，而且為富勒烯化合物異常超導性的機制提供了重要的見解。
