Résumé IA · arXiv: 2610.34382v1 · cond-mat.supr-con

Nodeless d-wave pairing in monolayer FeSe revealed by intra-unit-cell Josephson interferometry

Runxin Li, Yuchen Huo, Jiong Mei, Ming-Qiang Ren, Miaomiao Wang, Quanxing Wei, Fengyu Yao, Maowen Zheng,
et 8 autres auteursQing Qu, Cui Ding, Hongtao Yuan, Zhuoyu Chen, Wei-Qiang Chen, Kun Jiang, Qi-Kun Xue, Yu-Jie Sun
Article original Soumis à arXiv le 25 Oct. 2026 Licence : NONEXCLUSIVE-DISTRIB 1.0 Aussi en : en

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L’essentiel

L’interférométrie Josephson résolue à l’échelle intra-cellulaire révèle dans FeSe monocouche un motif de nœuds compatible avec un appariement d’onde d sans nœuds spectroscopiques.

Question

Comment déterminer la structure de phase de l’appariement dans FeSe monocouche, dont le spectre est pleinement ouvert mais dont la symétrie d’appariement demeure controversée ? Les mesures sensibles à la seule amplitude du gap permettent-elles de distinguer un état sans changement de signe d’un état d’onde d sans nœuds ?

Méthode

Les auteurs utilisent une pointe supraconductrice Nb pour cartographier le courant Josephson local dans FeSe monocouche sur SrTiO3, à l’échelle de la maille, et comparent les résultats à des mesures sur NbSe2. Ils calculent la réponse Josephson à partir des corrélations de paires projetées dans le vide par les fonctions de Wannier, en confrontant notamment un état d’onde d à des cas de référence.

Résultats

  • Résultat Le spectre de quasiparticules de FeSe monocouche est pleinement ouvert, avec des énergies caractéristiques du gap d’environ 10 et 15 meV.
    Voir le passage dans l’article
    Tunnelling spectra acquired with a normal-metal tip reveal a fully gapped superconducting state, with characteristic gap energies of ∼ 10 and ∼ 15 meV
  • Résultat La conductance Josephson présente des maxima aux centres des liaisons Fe–Fe et des lignes nodales le long des directions Fe–Se.
    Voir le passage dans l’article
    we find that these nodal lines run along the Fe–Se directions (Fig. 2b), enclosing four response maxima centred near the nearest-neighbour Fe–Fe bond.
  • Résultat La réponse Josephson de NbSe2 ne présente pas les lignes nodales observées dans FeSe, ce qui écarte une modulation générique due à la pointe ou à la géométrie de tunnel.
    Voir le passage dans l’article
    The corresponding line profiles remain finite with no nodal minima, in sharp contrast to monolayer FeSe (Fig. 2i).
  • Résultat Les calculs pour l’état d’onde d reproduisent les maxima près des liaisons Fe–Fe et l’annulation de la réponse le long des directions Fe–Se.
    Voir le passage dans l’article
    It closely reproduces the principal features of the experimental map in Fig. 3a: the response is strongest near the Fe–Fe bond centres and is suppressed to zero along the Fe–Se directions.
  • Interprétation des auteurs Les auteurs interprètent les lignes nodales comme l’annulation par interférence de contributions d’appariement de phases opposées, sans fermeture locale du gap.
    Voir le passage dans l’article
    In this picture, a Josephson node marks cancellation of the net tunnelling amplitude without requiring the local superconducting gap to close.

Limites

  • Les intensités relatives des quatre maxima varient entre les mesures, et les auteurs ne tranchent pas entre une origine liée à la pointe et une brisure de symétrie intrinsèque.
    Voir le passage dans l’article
    We note that the four maxima at the Fe–Fe bond centres show some variation in relative intensity between measurements, which may reflect either tip-dependent tunnelling details or intrinsic symmetry breaking, while the nodal-line positions and symmetry remain robust
  • Les résultats concernent principalement FeSe monocouche sur SrTiO3 et ne démontrent pas directement l’applicabilité de la méthode à d’autres matériaux supraconducteurs.

Portée

Les auteurs présentent l’interférométrie Josephson intra-cellulaire comme une méthode locale sensible à la phase, capable de distinguer des symétries d’appariement que les mesures de l’amplitude du gap ne séparent pas. Dans FeSe monocouche, ils soutiennent que le motif observé identifie un état d’onde d sans nœuds dans le spectre.

Rédigé par une IA à partir de l’article. Les passages cités sont vérifiés mot pour mot dans le texte analysé ; le reste peut contenir des erreurs.

Mots clés générés par l'IA : FeSe monocouche effet Josephson symétrie d’onde d interférométrie Josephson structure de phase supraconductrice

Pour aller plus loin

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  • Article de blog
  • Abstract original
L’article vise à déterminer la symétrie de l’ordre supraconducteur dans une monocouche de FeSe déposée sur SrTiO₃. La question reste ouverte, car plusieurs états de paire peuvent produire un spectre d’excitations entièrement ouvert sur les poches électroniques observées dans ce matériau. Les mesures qui renseignent uniquement sur l’amplitude du gap ne permettent donc pas de distinguer un état sans changement de signe d’un état dont la phase varie entre différents secteurs électroniques. Pour sonder directement cette structure de phase à l’échelle d’une cellule cristalline, les auteurs utilisent l’effet Josephson. Ils emploient un microscope à effet tunnel équipé d’une pointe supraconductrice en niobium, dont le gap est d’environ 1,4 meV. La pointe forme une jonction Josephson mobile avec la monocouche de FeSe. Les auteurs cartographient la conductance à biais nul, considérée comme une mesure locale du transfert cohérent de paires, puis la mettent en relation avec la position des atomes déterminée par la topographie. Les spectres révèlent un pic à biais nul, accompagné de creux de conductance négative vers ±0,4 meV, signatures attribuées à l’effet Josephson. Le spectre de la monocouche demeure entièrement ouvert, avec des énergies caractéristiques du gap d’environ 10 et 15 meV. La conductance à biais nul et les caractéristiques d’Andreev varient comme l’inverse du carré de la résistance normale, conformément au régime tunnel étudié. La cartographie révèle une forte modulation du signal à l’intérieur de chaque cellule : le signal Josephson atteint des maxima près des centres des liaisons Fe–Fe, mais devient presque nul le long des directions Fe–Se. Les profils spatiaux présentent ainsi des minima proches de zéro sur ces lignes, malgré le spectre d’excitations entièrement ouvert. Les creux de conductance négative montrent un contraste approximativement inversé. Le signal d’Andreev présente une modulation similaire, avec un renforcement près des liaisons Fe–Fe. Une mesure de contrôle réalisée sur le supraconducteur conventionnel NbSe₂ ne révèle que de faibles variations atomiques, sans minima comparables à des lignes nodales. Ce résultat rend moins plausible une origine générique liée à la pointe, à la corrugation atomique ou à la géométrie de la jonction tunnel. Pour interpréter les observations, les auteurs calculent le courant Josephson local à partir d’un modèle microscopique de FeSe. Ils projettent les corrélations de paires dans le vide au moyen des fonctions de Wannier. Pour un état d’onde d, dont le facteur de forme est proportionnel à cos kx − cos ky, le calcul reproduit les maxima près des liaisons Fe–Fe et l’annulation le long des directions Fe–Se. Dans la structure électronique considérée, les lignes nodales de cet état évitent les poches électroniques. Le spectre peut donc rester entièrement ouvert alors même que le signe de l’ordre change entre les deux secteurs de poche. Selon l’interprétation proposée, le phénomène résulte d’une interférence entre des contributions tunnel associées à des composantes de paire de phases opposées. Au-dessus de certaines lignes de symétrie, les poids tunnel des deux composantes sont égaux, ce qui entraîne l’annulation de leurs amplitudes. Près des centres des liaisons, cette égalité est rompue et le signal redevient important.

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Mis à jour le 2 novembre 2026.

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