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碱金属掺杂富勒烯超导体的电子结构研究取得新进展
清华大学杨乐仙副教授课题组利用角分辨光电子能谱技术（ARPES）对碱金属掺杂的富勒烯超导薄膜的电子结构进行了系统而详尽的研究，厘清了体系中强烈的能带重整化现象，推动了对其超导机理的理解。该研究成果以“Evidence for BandRenormalizations in Strong-Coupling Superconducting Alkali-Fulleride Films”为题，于2023年5月26日在线发表于Physical ReviewLetters，130, 216004。
碱金属掺杂的富勒烯体系在大分子超导体中具有最高的超导转变温度（Tc）。它表现出丰富的物相和非常规的超导行为，是研究多体相互作用和高温超导机理的重要平台。富勒烯超导体与铜基氧化物高温超导体有着许多相似之处，包括穹顶状的超导相图、和超导相近邻的磁性莫特绝缘相以及赝能隙态等。由于体系中存在复杂的电声子耦合相互作用和强电子关联效应，其超导机理存在较大争议。研究碱金属掺杂富勒烯体系的电子结构和多体相互作用是理解其超导机理和相图的关键。
研究团队利用先进的分子束外延-角分辨光电子能谱（MBE-ARPES）真空互联系统，在外延双层石墨烯衬底上，成功制备了高质量的钾掺杂富勒烯超导薄膜样品，并解析了其电子结构中复杂的多体相互作用。研究团队在C60薄膜生长过程中，观察到了RHEED镜面反射点强度随生长时间的振荡行为，从而依据振荡周期确定了薄膜的层厚。ARPES首次在超导K3C60薄膜中观察到穿越费米能级的能带色散，占据带宽约为130 meV。测量的能带结构显示出明显的准粒子扭结和涉及Jahn-Teller活性声子模式的复制能带，这反映了体系中的强电子-声子耦合。电子-声子耦合常数估计约为1.2，它主导了准粒子质量重整化。此外，观察到各向同性无节点超导能隙超出了平均场估计（2Δ/kBTc≈5）。大的电子-声子耦合常数和大的减小超导能隙表明K3C60具有强耦合超导性，而电子关联效应则是通过观察到瀑布状的能带色散和与有效库仑相互作用相比的小带宽来说明。
该研究工作利用角分辨光电子能谱技术（ARPES）对碱金属掺杂的富勒烯超导薄膜的电子结构进行了系统而详尽的研究，可视化了关键的能带结构，厘清了体系中强烈的能带重整化现象，而且为富勒烯化合物异常超导性的机制提供了重要的见解。
