层选择性FFLO态(PbSe)1.14(NbSe2)3错配层超导体的发现与机制研究

研究人员通过合成错配层超导体(PbSe)1.14(NbSe2)3单晶，结合输运测量和隧道二极管振荡器(TDO)技术，首次在体材料中观测到层选择性Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov(FFLO)态。该研究解决了二维超导体在强磁场下行为表征的难题，为理解轨道FFLO相与伊辛(Ising)超导性的相互作用提供了新范式。

　　

在二维超导材料研究领域，如何维持超导态在强磁场下的稳定性一直是核心挑战。传统二维材料在达到体材料厚度时往往会丧失其独特的量子限域特性，而常规探测手段又难以捕捉超薄样品中的细微电子行为。这些限制严重阻碍了对Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov(FFLO)态等奇异量子态的探索——这种在强磁场下产生空间调制序参量的状态，被认为是突破超导体临界磁场极限的关键途径。

日本东京大学和京都大学的研究团队独辟蹊径，设计出(PbSe)_1.14(NbSe₂)₃这种具有特殊"错配层"结构的材料。通过精确控制化学气相传输法，他们成功制备出三明治结构的单晶：三层NbSe₂超导单元被非超导的PbSe层隔离，既保持了二维特性又具备体材料的可测性。扫描透射电镜(STEM)证实了这种独特的2H_a堆叠方式，其中Nb原子在垂直方向上严格对齐。

研究采用三项关键技术：1)脉冲磁场下的输运测量系统（最高48T）；2)隧道二极管振荡器(TDO)技术检测穿透深度变化；3)基于伊辛自旋轨道耦合的多层理论模型计算。这些方法共同揭示了材料在极端条件下的行为特征。

晶体结构与超导特性

样品显示5.1K的超导转变温度(T_c)，残余电阻比达12，表明极高的晶体质量。理论计算显示Pippard相干长度(ξ_P=15.1nm)远大于平均自由程(l=146nm)，证实体系处于"干净"量子态区域。

临界磁场的异常行为

在面内磁场中，B_c2呈现两个显著特征：1)低温区(3K以下)出现反常上翘；2)角度依赖关系偏离标准Tinkham公式。TDO测量进一步发现B₁(约15T)和B₂(约27T)两个特征场，分别对应约瑟夫森涡旋熔化和FFLO相变。

层选择性FFLO态的证据
理论模型揭示：在38T超高磁场下，上下NbSe₂单层形成Fulde-Ferrell(FF)型有限动量(q)配对，中间层则通过邻近效应产生Larkin-Ovchinnikov(LO)型调制。这种"层选择性"态与传统FFLO态的本质区别在于：1)由轨道效应而非塞曼分裂驱动；2)保持伊辛超导性的同时实现空间调制。

这项研究的意义在于：1)首次在体材料中实现二维极限下的FFLO态观测；2)提出"层选择性FFLO"新概念，为设计抗磁超导材料提供新思路；3)证明错配层结构是研究维度效应的理想平台。正如作者指出，该体系独特的"三明治"结构使核磁共振等体探测技术应用于二维超导研究成为可能，将极大推动对非常规超导态的探索。