近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）低维量子材料团队在FeSe薄膜电子液晶相研究方面取得新进展，基于扫描隧道显微镜技术在微观上阐述了晶格局域应变与电子液晶相之间的关系，澄清了之前该方向的争议问题，统一了二者在宏观与微观的关联性。2025年11月7日，该成果以“Modulation of Electronic Liquid-Crystal Phases by Local Strain in Few-Layer FeSe Films”为题发表于《Nano Letters》上。

电子液晶相（LC）是一种介于弱耦合费米液体与局域电子晶体之间的中间态。其形成过程可以通过电子结构中点群的自发对称性破缺来解释。LC相在多种非传统超导体中都有被观察到，且其通常与超导相相邻或同时存在。在铁基超导体中，LC相表现出轨道相关的能带劈裂、电子态和磁化率的各向异性等性质，且其通常与晶格的结构相变同时出现。由此看出其中晶格结构、轨道自由度以及自旋自由度之间存在着复杂的相关性。探索LC相的起源及其与超导配对现象之间的关系，仍是该领域的重要研究课题。

 FeSe作为一种缺乏长程磁有序的铁基超导材料，被视为此类研究的重要平台。在LC相生成的过程中，轨道驱动的重要性日益得到认可，但人们对于晶格畸变在宏观与微观层面上对LC相的影响却相互冲突。

为了澄清这个问题，研究团队利用分子束外延系统（MBE）制备了在SrTiO₃衬底上的薄层FeSe薄膜，而后利用扫描隧道显微镜（STM）对形貌及电子态进行表征并利用几何相位分析技术（GPA）进行了局域应变分析。将得到数据对比分析，研究团队发现在因晶格失配而形成的凸起的位错线及台阶附近的区域局域应变较大，发生了类似四方晶格向正交晶格的转变，而LC相条纹倾向于与正交晶格中较短的Fe-Fe基矢方向相平行（见图1、2）。

图1 封闭位错线区域的测量结果。(a) 2层FeSe上封闭位错线的形貌图(42nm×44nm,V_s=100 mV,I_t=500 pA)；(b) 基于原子分辨图像得到的相同区域的应变分析；(c) 对应区域的微分电导图像。

图2 2-3层台阶边缘的测量结果。(a) 台阶边缘的形貌图(25nm×40nm,V_s=50mV,I_t=200 pA)；(b) 对应区域的微分电导图像；(c-d) 相同区域的应变分析。

进一步，研究团队在更大范围进行了统计分析，发现在局域应力相对较小的区域的晶格也是对称性破缺的。非对称应变的分布区域与LC畴的区域相符合，证明了LC条纹取向与非对称应变存在广泛的强相关性（见图3）。

图3 LC畴与各向异性应变的关系。(a) 形貌图(120nm×150nm,V_s=100mV,I_t=500 pA)，图中虚线为对应颜色LC畴内的位错线；(b) 相同区域的微分电导图像，绿色和洋红色用以标注两种LC畴；(c-d) 相同区域的应力分析；(e) 各向异性应力，灰线为图(b)中LC畴壁位置。

该研究结果揭示了应变调控LC相的微观机制，为深入研究这一新兴相铺平了道路。这些发现也提供了一个强有力的调控电子相的非热机制。指出了利用晶格畸变来控制LC相电子各向异性从而构筑逻辑器件的可能性。

该论文第一作者为量子院博士生盖雪松，通讯作者为量子院常凯研究员和刘充副研究员，论文合作者还包括量子院博士生许浩、杨艺、郭一帆、王新月，华东理工大学朱明亮教授，量子院邓鹏副研究员和林海城副研究员。该工作获得国家自然科学基金、国家科技重大专项、北京市自然科学基金等项目的支持。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c04560