Superconductivity below 20 K in heavily electron-doped surface layer of FeSe bulk crystal

김창영 교수의 전자 구조 그룹 연구실 박사과정 학생인 서정진 학생이 제 1저자로, 김창영 교수가 교신저자로, 김용관 연구원이 공동 저자로 참여한 칼코겐 초전도체 (FeSe) 표면 전자 도피에 의한 초전도 온도 상승 보고 및 메커니즘 규명에서 Na 알칼리 금속을 FeSe 물질에 표면 도징하면, 전자가 표면에 단일층으로 도핑이 되고 2차원 전자구조로 바뀐다는 것을 확인하였다. 이 실험 결과를 바탕으로 현재 뜨거운 이슈인 100 K의 초전도 임계온도를 가진 것으로 보고된, FeSe 단일층/ SrTiO3 물질의 초전도 상승 원인이 계면 효과 때문이라는 것을 밝혔다. 이 연구 결과는 Nature Communications 이번 달 호에 실렸다.

Abstract: A superconducting transition temperature (Tc) as high as 100 K was recently discovered inone monolayer FeSe grown on SrTiO3. The discovery ignited efforts to identify the mechanism for the markedly enhanced Tc from its bulk value of 8 K. There are two main views about the origin of the Tc enhancement: interfacial effects and/or excess electrons with strong electron correlation. Here we report the observation of superconductivity below 20 K in surface electron-doped bulk FeSe. The doped surface layer possesses all the key spectroscopic aspect of the monolayer FeSe on SrTiO3. Without interface effects, the surface layer state has a moderate Tc of 20 K with a smaller gap opening of 4.2 meV. Our results show that excess electrons with strong correlation cannot induce the maximum Tc, which in turn reveals the need for interfacial effects to achieve the highest Tc in one monolayer FeSe on SrTiO3.