近日，上海交通大学李政道研究所青年学者严智明和李政道讲席教授丁洪团队在Nature Communications上发表题为 “Evidence for saddle point-driven charge density wave on the surface of heavily hole-doped iron arsenide superconductors” 的研究论文，在铁基超导材料Ba_1-xK_xFe₂As₂的砷表面发现由鞍点嵌套驱使形成的电荷密度波。

非常规超导电性以其与其他衍生态交织而闻名，因此探索衍生态对理解其配对机制尤为重要。在铁基超导体中，自旋和向列序已被广泛地观测到，但电荷序的出现并不常见。在该文章中，作者等人通过扫描隧道显微镜（STM）对重度空穴掺杂Ba_1-xK_xFe₂As₂（x ≈ 0.77）的表面进行原子尺度表征，发现了在其砷表面上形成空间周期性为2a_As×2a_As 的有序相（见图一）。 

图一：（左）Ba_1-xK_xFe₂As₂的晶格结构及其解理面；（中）其As面的STM形貌图；（右）对应傅里叶变换。

为了揭示该有序相的特征，作者等人通过STM能谱成像技术，发现该有序相的出现会在费米能级附近打开一个大小约为3.8 meV（2Δ）的能隙（图二左），同时抑制材料本身的超导电性。另外，其微分电导对比度在正负偏压下存在反转（图二中）。通过变温实验，发现该相在温度升高至约9K时消失（图二右）。这些实验结果证明该有序相为电荷密度波（CDW）序。 

图二：（左）在温度为12 K以及0.3 K下， Ba_1-xK_xFe₂As₂（x ≈ 0.77）砷表面的微分电导谱。（中）在低温下，-4 meV和 +4 meV偏压的dI/dV(r, V)谱。（右）变温实验显示CDW在约为9 K 时消失。

通过理论合作，发现该CDW的出现是由于表面解理引起空穴掺杂，使布里渊区内 Γ 和M点之间的范霍夫奇点移动至费米面附近，进而引起鞍点之间嵌套，产生CDW（图三左）。该实验成果成功将该材料体系的相图延伸至一个新的区域，为超导性和耦合态提供了深刻的见解，并为研究具有半填充d轨道的铁基超导体系提供了新的平台（图三右）。 

图三：（左）鞍点嵌套驱使形成CDW示意图。（右）Ba_1-xK_xFe₂As₂相图。

上海交通大学李政道研究所博士后胡全欣和博士生郑渝为文章的共同第一作者，青年学者严智明、李政道讲席教授丁洪和青年学者吕佰晴为共同通讯作者，副教授Vadim Grinenko和杨发枝博士为文章的共同作者。

本工作得到科技部、国家自然科学基金、腾讯新基石科学基金会、上海市科委、上海量子科学研究中心，中国博士后基金和上海交通大学的资助，在此深表感谢。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55368-7