Bridging atomic and mesoscopic length scales with Replica Scanning Tunneling Microscopy: Visualizing the atomic lattice of UTe$_2$ and the atomic scale superconducting gap modulations of FeSe close to micron length scales
Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Universidad del Rosario（罗萨里奥大学）
复制STM技术实现了原子与微米尺度的连接，揭示了超导FeSe中配对密度调制在更长长度尺度上的持续性。
2026-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.str-el
Visualizing near-coexistence of massless Dirac electrons and ultra-massive saddle point electrons
本文利用扫描隧道显微镜和第一性原理计算发现铋110表面存在高阶范霍夫奇点，其异常的态密度发散源于狄拉克节点上方能带的各向异性变平，实现了无质量狄拉克电子与超重鞍点电子的近共存以研究两者相互作用。
2023-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Visualizing and manipulating chiral interface states in a moiré quantum anomalous Hall insulator
本研究在转角单层-双层石墨烯量子反常霍尔绝缘体中操控陈数畴，借助STM直接成像手性界面态波函数，还可诱导新畴创建可调手性的界面态，证实了其手性并确定谷极化反转特征尺度，为关联莫尔系统拓扑性质研究提供平台。
2023-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Visualizing Symmetry Broken Chern Insulators and their Quantum Melting
Princeton University（普林斯顿大学）；Florida State University（佛罗里达州立大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；University of Minnesota（明尼苏达大学）
利用扫描隧道显微镜研究双层石墨烯与六方氮化硼对齐体系中的霍夫施塔特态，直接可视化相互作用驱动的对称性破缺陈绝缘体的形成，并观察到拓扑缺陷驱动的量子熔化及伴随相竞争与分离的量子转变。
2026-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Visualizing the Localized Electrons of a Kagome Flat Band
该研究利用扫描隧道显微镜可视化kagome金属CoSn表面平带的非平庸Wannier态，证实其电子实空间局域性极强，揭示其相互作用效应或更显著，为kagome材料多体态研究奠定基础。
2023-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Visualizing Exotic Orbital Texture in the Single-Layer Mott Insulator 1T-TaSe2
Mott绝缘行为是由强电子关联引起的，并且可以导致物质的奇异状态，例如非常规超导性和量子自旋液体。范德瓦尔斯材料合成的最新进展使得在二维极限下探索新的Mott系统成为可能。在这里，我们报告的局部电子特性的单层和几层1 T-TaSe 2通过空间和动量分辨光谱，包括扫描隧道显微镜和角度分辨光电发射的表征。我们结合实验和理论研究表明，电子关联诱导一个强大的莫特绝缘体状态，在单层1 T-TaSe 2，伴随着新的轨道织构。夹杂物的层间耦合削弱了绝缘相在1 T-TaSe 2，看到的强烈减少其能隙和淬火的相关驱动的轨道纹理在双层和三层1 T-TaSe 2。我们的研究结果建立了单层1 T-TaSe 2作为一个有用的新平台，研究强关联物理在两个维度。
2019-05-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Visualizing electron pockets in cuprate superconductors
铜酸盐中电子袋的指纹只在许多磁输运测量中获得，但它在光谱观测中的缺失构成了一个长期的谜团。我们开发了一种理论工具，通过多种光谱，包括扫描隧道显微镜（STM）光谱，非弹性中子散射（INS），角分辨光电子能谱（ARPES）提供检测电子袋的方法。我们表明，准粒子干涉（QPI）图案，由STM测量，显示额外的7个${\bm q}$矢量与电子袋上的散射，比空穴袋。此外，Bogolyubov准粒子散射的电子袋可能会导致第二个磁共振模式在INS光谱在一个更高的共振能量。最后，我们重新分析了一些STM，INS，和ARPES实验数据的几个铜酸盐化合物，这决定了在这些系统中的电子口袋的直接指纹。
2012-03-26 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Visualizing the atomic-scale origin of metallic behavior in Kondo insulators
近藤晶格通常在低温下是电绝缘的。然而，最近的几个实验已经检测到在近藤绝缘相内的大量金属性的签名。在这里，我们可视化的真实空间电荷景观内的近藤晶格原子分辨率使用扫描隧道显微镜。我们发现了纳米级的金属导电电子的水坑周围的铀现场取代重费米子化合物URu $_2$ Si $_2$，周围的钐现场缺陷的拓扑近藤绝缘体SmB $_6$。这些缺陷扰乱了近藤屏蔽云，留下了金属母态的指纹。我们的研究结果表明，神秘的三维量子振荡测量的钐$_6$可能会产生这些近藤晶格缺陷，虽然我们不能排除其他的解释。我们的成像技术可以使原子尺度的电荷传感器的发展，使用重费米子探针。
2023-03-27 cond-mat.str-el
Scanning tunneling spectroscopy of superconductivity on surfaces of LiTi2O4(111) thin films
在表面/界面处的独特的超导电性，例如LaAlO 3/SrTiO 3界面，以及在SrFeSe薄膜中的高转变温度，引发了关于超导电性如何在原子和电子重构中受到影响的激烈争论。超导立方尖晶石氧化物LiTi 2 O 4的表面是另一个有趣的系统，因为其固有的表面电子和原子重构增加了超导性能的复杂性。由于缺乏单晶或高质量的薄膜，对这种表面的研究受到阻碍。本文利用低温扫描隧道显微镜，在LiTi_2 O_4（111）外延薄膜的表面发现了一个意想不到的小超导能隙和长相干长度。此外，我们发现，赝能隙开放的费米能量修改表面的超导电性。我们的研究结果开辟了一条途径，探索在立方过渡金属氧化物表面的异常超导性，其中的电子态是自发调制涉及丰富的多体相互作用。
2017-05-10 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Visualizing delocalized correlated electronic states in twisted double bilayer graphene
在莫尔范德华异质结构中发现相互作用驱动的绝缘和超导相，引发了人们对理解这些系统的新相关物理的极大兴趣。虽然大量的研究都集中在扭曲的双层石墨烯，相关的绝缘状态和超导性的转变高达12 K已在扭曲的双层石墨烯最近的运输测量报告。在这里，我们提出了一个扫描隧道显微镜和光谱学研究的栅极可调扭曲双层石墨烯器件。我们观察到分裂的范霍夫奇异峰的~20毫电子伏的半填充的导平带，与相应的减少在费米能级的局部态密度。通过映射的隧道微分电导，我们表明，这个相关的系统表现出积极分裂状态，空间离域在整个不同的区域中的莫尔晶胞，不一致的顺序仅仅起源于现场库仑排斥内强本地化的轨道。我们已经进行了自洽的Hartree-Fock计算表明，交换驱动的自发对称性破缺的简并导带是观察到的关联态的起源。我们的研究结果提供了新的洞察扭曲双层石墨烯和相关的莫尔系统中的电子-电子相互作用的性质。
2021-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Visualizing Heavy Fermion Confinement and Pauli-Limited Superconductivity in Layered CeCoIn5
层状材料结构在增强电子-电子相互作用以产生相关的金属相方面发挥着关键作用，这些金属相可以转变为非常规的超导状态。这类化合物的准二维电子性质通常是通过检查它们的体积性质间接推断出来的。在这里，我们使用扫描隧道显微镜和光谱直接探测在截面的准二维相关电子态的重费米子超导体CeCoIn 5。我们的测量揭示了强约束性质的重准粒子，隧穿特性的各向异性，和逐层调制的行为的前体赝隙间隙相在这种化合物。在低温下研究层间耦合超导态，我们发现线缺陷相对于d波序参量的取向决定了是否由于散射而形成带隙态。各向异性磁涡旋核的光谱成像直接表征了短的层间超导相干长度，并显示出在上临界面内磁场附近的电子相分离，与Pauli限制的一阶相变到赝能隙相一致。
2018-02-08 cond-mat.str-el
Commensurate Stripes and Phase Coherence in Manganites Revealed with Cryogenic Scanning Transmission Electron Microscopy
空穴掺杂氧化物中的无公度电荷有序与诸如巨磁阻、高温超导和电子向列性等奇异现象交织在一起。在这里，我们在原子分辨率映射的性质，在锰氧化物中使用扫描透射电子显微镜在室温和低温（$\sim$ 93 K）的无公度秩序。在衍射中，有序波矢在冷却时发生变化，这是一种典型的与无公度有序相关的行为。然而，使用真实的空间测量，我们发现，潜在的有序状态是晶格相称的在这两个温度。阳离子经历皮米级（$\sim $ 6-11 pm）的横向位移，这表明电荷-晶格耦合是强的，因此有利于晶格锁定调制。我们进一步揭示了室温下周期性晶格位移中的相位不均匀性和93 K下的出射相位相干性。这种局部的相位变化不仅支配着电荷有序态的长程相关性，而且导致有序波矢的明显偏移。这些原子分辨的观测强调了晶格耦合的重要性，并为空穴掺杂氧化物中假定的“不相称”顺序提供了微观解释。
2017-08-29 cond-mat.str-el
Visualizing the Formation of the Kondo Lattice and the Hidden Order in URu2Si2
源自f原子轨道的重电子态构成了物质丰富多样的量子相的基础。我们使用原子尺度的成像和光谱扫描隧道显微镜（STM）检查新的电子状态，出现在URu 2Si 2的铀f状态。我们发现，随着温度的降低，f电子的自旋的部分屏蔽引起空间调制的Kondo-Fano共振，这是最大的表面U原子之间。已知在T=17.5 K时，URu 2Si 2经历从近藤晶格态到具有隐藏序参量的相的二阶相变。从隧穿光谱，我们确定了一个空间调制的，偏置不对称的能隙的平均场温度依赖性，在隐藏的顺序状态的发展。光谱成像进一步揭示了隐藏的顺序间隙和近藤共振之间的空间相关性，这表明这两种现象涉及相同的电子状态。
2010-05-26 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Spectroscopic Imaging Scanning Tunneling Microscopy as a Probe of Orbital Structures and Ordering
与电荷和自旋不同，过渡金属氧化物中电子的轨道自由度难以检测。通过分析光谱成像扫描隧道光谱的准粒子散射干涉（QPI）图样，对金属轨道活性体系中的一种新的探测方法进行了理论研究。在$t_{2g}$轨道系统中，$d_{xz}$和$d_{yz}$轨道带的QPI显示出特有的条纹状特征，这是由于它们的准一维性质，这对轨道杂化是稳健的。随着Sr $_3$ Ru $_2$ O $_7$和铁磷属元素化合物中提出的轨道有序的出现，条状的QPI花样表现出破坏$C_4$对称性的扭曲畸变.
2009-10-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Visualizing Poiseuille flow of hydrodynamic electrons
流体动力学是对流体流动的一般描述，并且预计即使对于基本粒子（例如电子），当粒子间相互作用占主导地位时也是如此。虽然在最近的实验中揭示了电子流体动力学的各个方面，但流体动力学电子的基本空间结构，Poiffille流剖面，仍然难以捉摸。在这项工作中，我们提供了第一个真实空间的电子流体的Poiffille流的成像，以及其从弹道流演变的可视化。利用扫描纳米管单电子晶体管，我们图像的霍尔电压的电子流通过高迁移率石墨烯的通道。我们发现霍尔场在通道中的分布是区分弹道流和流体动力流的一个关键物理量。我们的图像从平坦的，弹道场分布在低温下到抛物线场分布在高温下，这是Poiffille流的标志的过渡。的曲率的成像配置文件是定性再现玻尔兹曼计算，这使我们能够创建一个“相图”，其特征在于电子流制度。我们的结果为固态泊肃叶流提供了长期寻求的直接证实，并为探索真实空间中相互作用电子的丰富物理学提供了一种新方法。
2019-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Visualizing 1D zigzag Wigner crystallization at domain walls in the Mott insulator TaS$_2$
在低载流子密度和强相关性的特定状态下，电子可以结晶成被称为维格纳晶体的电荷周期性排列。这种相位在一维（1D）中特别有趣，因为它们显示出各种电荷和自旋基态，这些基态可以在量子器件中作为自旋信息的高保真发射器。最近的理论研究表明，莫特绝缘体和其他平带系统中的强库仑相互作用，可能为维格纳晶化提供一个有吸引力的高温平台，但由于材料和器件的限制，实验实现已被证明是困难的。在这项工作中，我们使用扫描隧道显微镜在液氦温度下直接成像的莫特绝缘体，TaS $_2$的一维维格纳晶体的形成。TaS $_2$中的电荷密度波畴壁产生能带弯曲，并提供了一维低密度和强相互作用的理想条件。STM光谱图显示，一旦较低的哈伯德带穿过费米能，电荷就会重新排列以使库仑能最小化，形成一维维格纳晶体所预期的锯齿形图案。锯齿形电荷图案显示出特征噪声特征，其表示由隧穿电子引起的电荷或自旋波动，这对于这种更脆弱的凝聚态是预期的。通过大库仑能标与低电子密度相结合，在高几个数量级的温度下观察维格纳晶体，使TaS $_2$成为利用1D维格纳晶体中电荷和自旋序的有前途的系统。
2021-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Single Crystal High Entropy Perovskite Oxide Epitaxial Films
合成高熵钙钛矿氧化物的单晶外延薄膜的第一实例。采用脉冲激光沉积法在SrTiO 3和MgO衬底上外延生长了结构无序的ABO 3钙钛矿结构Ba（Zr0.2Sn0.2Ti0.2Hf0.2Nb0.2）O3。X射线衍射和扫描透射电子显微镜表明，薄膜是具有良好的结晶性和原子突变的界面下基板的单相。原子分辨电子能量损失谱图显示所有B-位点阳离子的均匀和随机分布。稳定具有这种水平的构型无序的钙钛矿的能力为从更广泛的组合阳离子托盘设计材料提供了新的可能性，同时为强相关量子材料的基础研究提供了新的途径，其中局部无序可以在确定宏观性质方面发挥关键作用。
2018-06-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Visualizing heavy fermions emerging in a quantum critical Kondo lattice
在含有f轨道元素的固体中，f电子自旋和巡游电子自旋之间的相互作用导致了具有重有效质量的低能费米子激发的发展。这些激发是在锕系和镧系化合物中观察到的非常规超导性和非费米液体行为的基础。在这里，我们使用光谱映射与扫描隧道显微镜检测的出现，随着温度的降低，在一个典型的家庭铈基重费米子化合物的重激发。我们证明了这些重准粒子的复合性质，这是由巡回传导和f电子的量子纠缠产生的隧道过程的敏感性。复合准粒子的散射和干涉被用来解决它们的能量-动量结构，并提取它们的质量增强，它随着温度的降低而发展。出射重准粒子的寿命揭示了增强散射的特征，它们的谱线形状显示了能量-温度标度的证据。这些发现表明，接近量子临界点的结果在临界阻尼的紧急重激发我们的近藤晶格系统。
2012-06-14 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Ferroelectric Exchange Bias Affects Interfacial Electronic States
在极性氧化物界面中，诸如导电性、超导性、磁性、一维导电性和量子霍尔态等现象可以在极性不连续处出现。在这样的界面处结合可控的铁电性可以影响超导性质，并揭示极性氧化物和铁电氧化物之间的相互作用。在这里，我们研究了极性氧化物LaAlO3和铁电Ca掺杂SrTiO3之间的界面，通过电输运结合局部成像的电流与使用扫描超导量子干涉仪（SQUID）。在低温下观察到界面电阻率的异常行为。扫描SQUID地图的电流流动表明，这种行为起源于由极性LaAlO3层引起的本征偏置。我们的数据意味着，结合铁电性的内在偏见约束可能的结构域平铺界面附近。我们建议使用这种固有的偏置作为一种方法的控制和调整的初始状态的铁电材料的极性结构的设计。正常状态和超导状态特性对栅极电压的滞后依赖性可用于多方面可控存储器器件。
2020-07-03 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Visualizing Nodal Heavy Fermion Superconductivity in CeCoIn5
理解强关联电子系统中超导性的起源仍然是所有物理学中未解决问题的前沿。在重f电子系统中，CeCoIn 5是最吸引人的系统之一，因为它具有相关d电子高Tc铜酸盐和磷属元素化物超导体的许多特性，包括反铁磁性和超导性之间的竞争。虽然在这种化合物中有非常规配对的证据，但缺乏超导态的高分辨率光谱测量。在此之前，我们已经使用高分辨率扫描隧道显微镜技术来可视化CeCoIn5中重费米子激发的出现，并证明这些激发的复合性质远高于Tc。在这里，我们将这些技术扩展到更低的温度，以研究超导性如何在一个强相关的复合激发带内发展。我们发现的光谱的重激发强烈修改之前的超导性的发病由费米能量附近的光谱重量的抑制，让人想起的pseudogap状态的铜酸盐。通过测量超导对各种扰动的响应，通过准粒子干涉和局域对破缺实验，我们证明了CeCoIn 5中超导对的节d波特征。
2013-07-14 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Visualizing pair formation on the atomic scale in the high-Tc superconductor Bi2Sr2CaCu2O8+d
传统超导体中的电子配对发生在超导转变温度Tc，在电子态密度（DOS）中产生能隙D。在高温超导体中，在高于Tc的温度范围内，DOS中存在部分能隙。一个关键的问题是，在DOS以上的Tc的差距是否与配对，是什么决定了温度在不相干对的形式。在这里，我们报告的第一个空间分辨测量间隙形成的高Tc超导体，测量Bi 2Sr 2CaCu 2 O 8 +d样品具有不同的Tc值（空穴浓度为0.12至0.22），使用扫描隧道显微镜。在从0.16到0.22的掺杂范围内，我们发现配对间隙在Tc以上的纳米级区域中成核。这些区域随着温度的降低而扩散，导致超导状态下间隙尺寸的空间分布。尽管不均匀性，我们发现，每一个配对间隙的发展在温度Tp本地，以下的关系2D/kBTp = 8。在非常低的掺杂（<0.14）下，DOS的系统性变化表明存在另一种现象，该现象与电子配对无关，并且可能与电子配对竞争。我们对纳米级配对区域的观察为理解最近报道的空穴掺杂高Tc氧化铜超导体中Tc以上的波动超导响应提供了缺少的微观基础。
2007-06-01 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Visualizing the atomic scale electronic structure of the Ca2CuO2Cl2 Mott insulator
虽然铜氧化物的超导机制仍然难以捉摸，但人们普遍认为，问题的核心是掺杂莫特绝缘体的物理性质。铜酸盐母体化合物每个Cu位点具有一个未成对电子，并且通过能带理论预测为半填充金属。然而，强烈的库仑排斥，禁止电子在相邻位置之间跳跃，并导致反铁磁（AF）有序的莫特绝缘体基态。掺杂到CuO 2平面中的载流子破坏绝缘相，并且当载流子密度足够高时出现超导电性。解决高Tc超导性的自然出发点是阐明母体莫特绝缘体的电子结构和单个掺杂电荷的行为。在这里，我们使用扫描隧道显微镜调查的原子尺度的电子结构的Ca 2CuO 2Cl 2母体莫特绝缘体的铜酸盐。首次获得了Mott-Hubbard带隙的电子能谱，揭示了粒子-空穴对称的、空间均匀的Hubbard带。一个单一的电子捐赠的表面缺陷被发现创建一个广泛的间隙电子状态，强烈地定位在空间与空间特性密切相关的AF自旋背景。从掺杂莫特绝缘体的角度来看，母体铜氧化物的前所未有的真实空间电子结构为高Tc超导的起源提供了重要的新线索。
2012-01-01 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Atomic Visualization of Copper Oxide Structure in Infinite-Layer Cuprate SrCuO2
本文报道了用分子束外延技术在铌掺杂SrTiO 3衬底上生长的无限层铜酸盐SrCuO 2薄膜结构的原子尺度可视化研究。原位扫描隧道显微镜的研究揭示了化学计量的氧化铜（CuO 2）平面与2 × 2的表面重建，提示优先集群的四个相邻的CuO 2斑块。通过对表面下Sr原子成像，观察到晶胞内旋转对称性破缺，这与相邻的CuO 2簇合一起，可以很好地解释为CuO 2平面上氧离子的周期性上下屈曲。进一步的后退火导致表面层的不相称的条纹结构。我们的研究结果为深入理解CuO_2超导平面的电子结构以及铜酸盐的高温超导性提供了重要的结构信息。
2018-06-23 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
