“高温超导体”方向—铁基超导体中的电子以两种不同的方式配对

通过对铁基超导体中不均匀的电子进行映射图案观察，RIKEN（日本理化学研究所，简称理研，属于文部科学省。）的研究人员已经发现证据表明电子可以以两种不同的方式配对，这取决于晶体结构（两个不同的超导配对状态以FeSe1-xSx晶体中的向列相端点为区别）。这一发现可以帮助科学家们设计出在相对温和的温度下具有超导的材料。

图1：通过映射含有增加量硫的硒化铁晶体中的电子模式，RIKEN研究人员发现了超导体中的电子以两种不同的方式配对的证据。（图片：来自参考文献Hanaguri等人）

超导体可以具有无电阻的特性，可以承载较大的电流，可用于制造强大的电磁铁和敏感的磁性探测器。然而，大多数超导仅在极低的温度下具有超导特性，这限制了它们的实际应用。因此，物理学家正在研究高于-196摄氏度（液氮温度）的高温超导体。

当电子配对时会发生超导效应，这会略微降低能量并产生能隙（又作能带隙，在固态物理学中泛指半导体或是绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量差距。），当电子流过材料时向列相会阻止它们散射。在一些铜基或铁基超导体中，这种配对与电子向列相（电子向列相一般存在强关联电子体系，它是由于电子间强的库伦相互作用诱导的Pomeranchuk不稳定性引起。至今，实验物理学家发现它存在于二维GaAs/AlGaAs异质结，超导体Sr3Ru2O7单晶，铜基高温超导体YBa2Cu3O6.45单晶。物理学家普遍认为电子向列相与高温超导形成有关，因此它对研究高温超导体的电子配对机制有重要的作用。）的材料结构的状况密切相关。由此，金属原子周围的某些电子可以采用不同的能量状态，使得它们的分布状态的非向列相更不均匀。

RIKEN Emergent Matter Science中心的Tetsuo Hanaguri及其同事现在探讨了基于硒化铁的材料族中的向列性和超导性之间的关系。

硒化铁在约-183摄氏度以下进入向列相。将一些材料的硒原子换成硫化物会削弱这种向列性，一旦硫原子与硒的比例超过约五分之一（称为向列终点），向向列相转变的温度开始下降。

研究人员使用一种光谱成像扫描隧道显微镜的技术研究了不同硫含量的硒化铁硫化物晶体，这使他们能够测量样品的精确化学成分以及材料的关键电子特性（图1）。

随着硫含量增加到向列端点，超导电子对的能隙没有变化，然而，能量间隙突然缩小到向列相终点之外，这表明超导电子可以以两种不同的方式配对，这取决于材料的向列性。

Hanaguri说：“我们的数据清楚地表明，在向列性和超导性之间存在着密切的关系，这是铁基超导理论的一个重要制约因素，即正确的理论必须考虑到这种特征行为。”

研究人员现在计划对硒化铁硫化物的向列相和非向列相中的超导能隙进行更详细的研究，他们的目标是以相同的方式研究其他超导材料。

Hanaguri指出：“这可能会导致尚未知的奇特现象，甚至有希望的研发出高温超导体。”

文章来自Nanowerk，原文题目为：Electrons in iron-based superconductors can pair up in two different ways，由材料科技在线汇总整理。