「高溫超導體」方向—鐵基超導體中的電子以兩種不同的方式配對

通過對鐵基超導體中不均勻的電子進行映射圖案觀察，RIKEN（日本理化學研究所，簡稱理研，屬於文部科學省。）的研究人員已經發現證據表明電子可以以兩種不同的方式配對，這取決於晶體結構（兩個不同的超導配對狀態以FeSe1-xSx晶體中的向列相端點為區別）。這一發現可以幫助科學家們設計出在相對溫和的溫度下具有超導的材料。

通過映射含有增加量硫的硒化鐵晶體中的電子模式，RIKEN研究人員發現了超導體中的電子以兩種不同的方式配對的證據。（圖片：來自參考文獻Hanaguri等人）

超導體可以具有無電阻的特性，可以承載較大的電流，可用於製造強大的電磁鐵和敏感的磁性探測器。然而，大多數超導僅在極低的溫度下具有超導特性，這限制了它們的實際應用。因此，物理學家正在研究高於-196攝氏度（液氮溫度）的高溫超導體。

當電子配對時會發生超導效應，這會略微降低能量併產生能隙（又作能帶隙，在固態物理學中泛指半導體或是絕緣體的價帶頂端至傳導帶底端的能量差距），當電子流過材料時向列相會阻止它們散射。在一些銅基或鐵基超導體中，這種配對與電子向列相（電子向列相一般存在強關聯電子體系，它是由於電子間強的庫倫相互作用誘導的Pomeranchuk不穩定性引起。至今，實驗物理學家發現它存在於二維GaAs/AlGaAs異質結，超導體Sr3Ru2O7單晶，銅基高溫超導體YBa2Cu3O6.45單晶。物理學家普遍認為電子向列相與高溫超導形成有關，因此它對研究高溫超導體的電子配對機制有重要的作用。）的材料結構的狀況密切相關。由此，金屬原子周圍的某些電子可以採用不同的能量狀態，使得它們的分布狀態的非向列相更不均勻。

RIKEN Emergent Matter Science中心的Tetsuo Hanaguri及其同事現在探討了基於硒化鐵的材料族中的向列性和超導性之間的關係。

硒化鐵在約-183攝氏度以下進入向列相。將一些材料的硒原子換成硫化物會削弱這種向列性，一旦硫原子與硒的比例超過約五分之一（稱為向列終點），向向列相轉變的溫度開始下降。

研究人員使用一種光譜成像掃描隧道顯微鏡的技術研究了不同硫含量的硒化鐵硫化物晶體，這使他們能夠測量樣品的精確化學成分以及材料的關鍵電子特性（見上圖）。

隨著硫含量增加到向列端點，超導電子對的能隙沒有變化，然而，能量間隙突然縮小到向列相終點之外，這表明超導電子可以以兩種不同的方式配對，這取決於材料的向列性。

Hanaguri說：「我們的數據清楚地表明，在向列性和超導性之間存在著密切的關係，這是鐵基超導理論的一個重要制約因素，即正確的理論必須考慮到這種特徵行為。」

研究人員現在計劃對硒化鐵硫化物的向列相和非向列相中的超導能隙進行更詳細的研究，他們的目標是以相同的方式研究其他超導材料。

Hanaguri指出：「這可能會導致尚未知的奇特現象，甚至有希望的研發出高溫超導體。」

文章來自Nanowerk，原文題目為：Electrons in iron-based superconductors can pair up in two different ways，由材料科技在線匯總整理

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