? 新的超導(dǎo)機制?

?

在一些特定的條件下（通常是在超低溫條件下），一些材料會改變它們的結(jié)構(gòu)，解鎖新的超導(dǎo)行為。這種結(jié)構(gòu)上的變化被稱為向列轉(zhuǎn)變。近年來，物理學(xué)家將這種向列轉(zhuǎn)變視為驅(qū)動材料進入超導(dǎo)態(tài)的一種新方法。

究竟是什么推動了這種轉(zhuǎn)變？

?

在一篇新發(fā)表于《自然·材料》雜志上的研究中，一組物理學(xué)家確定了一類超導(dǎo)體經(jīng)歷向列轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵所在。而令人意外的是，他們的發(fā)現(xiàn)與此前許多科學(xué)家所以為的大不相同。

? 向列開關(guān) ?

這一新的發(fā)現(xiàn)是在研究硒化亞鐵（FeSe）中的向列時做出的。

FeSe是一種二維材料，是臨界溫度最高的鐵基超導(dǎo)體。這種材料切換為超導(dǎo)態(tài)的臨界溫度可高達70開爾文，雖然與室溫相比，這一溫度仍然很低，但這已經(jīng)高于大多數(shù)超導(dǎo)材料的臨界溫度。

一種材料轉(zhuǎn)變成超導(dǎo)態(tài)的臨界溫度越高，它在現(xiàn)實世界中的應(yīng)用前景就越廣。比如它可以為更精確、更輕便的核磁共振成像儀或高速磁懸浮列車制造出強大的電磁鐵。

?

要想實現(xiàn)這些種種的可能性，科學(xué)家首先需要了解，是什么啟動了像FeSe這類高溫超導(dǎo)體中的“向列開關(guān)”。

?

當材料進入超導(dǎo)態(tài)后，其中的電子可以完全無摩擦地流動。電子之間的強相互作用可以使材料在一個特定的方向上作為一個整體被無限小地拉伸，電子可以在那個方向上自由流動。問題是，究竟是什么樣的相互作用導(dǎo)致了這種拉伸。

?

在過去的一些研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一些鐵基材料的拉伸似乎是由原子自發(fā)地使其磁自旋指向同一方向驅(qū)動的。因此，科學(xué)家推測，在大多數(shù)鐵基超材料中，當單個原子的磁自旋突然協(xié)同地、有偏向性地轉(zhuǎn)向一個磁方向時，就會觸發(fā)這種向列開關(guān)。

?

然而，F(xiàn)eSe似乎并不這樣。

?

?

? 是軌道能量，而非自旋??

一直以來，理解FeSe中向列的起源，是物理學(xué)家一直試圖解決的一個關(guān)鍵謎題。FeSe是所有這些材料中最模糊不清的，它沒有磁有序。因此，這需要非常仔細地觀察電子是如何在鐵原子周圍排列的，以及當這些原子分開時會發(fā)生什么。

在新研究中，研究人員將超薄的、毫米長的FeSe粘在薄薄的鈦條上。他們通過物理性拉伸鈦條，來模擬發(fā)生在向列轉(zhuǎn)變的結(jié)構(gòu)拉伸，進而拉伸鈦條上的FeSe。

?

每當樣品被拉伸一定長度時（不超過一微米）時，他們就會試圖尋找任何以協(xié)同方式轉(zhuǎn)變的特性。利用X射線，研究人員追蹤了FeSe樣品中的原子是如何運動的，以及每個原子的電子的行為，最終觀察到了令人意外的現(xiàn)象。

?

他們發(fā)現(xiàn)，當拉伸超過某一特定的點之后，并非是FeSe中的原子自旋經(jīng)歷了這種協(xié)同的方向轉(zhuǎn)變，而是它們的原子軌道能量經(jīng)歷了一種明確的、協(xié)同的集體性轉(zhuǎn)變。

原子軌道本質(zhì)上是一個原子的電子所能占據(jù)的能級。在FeSe中，電子可以占據(jù)一個鐵原子周圍的兩個軌道態(tài)中的一個。通常，選擇占據(jù)哪個軌道態(tài)是隨機的。

?

但在新的實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)當他們拉伸FeSe時，電子開始會明顯傾向于其中一種軌道態(tài)。這標志著一個清晰的、協(xié)同的轉(zhuǎn)變，以及向列和超導(dǎo)的新機制。

?

?

? 新的途徑?

?

超導(dǎo)體大致可分為兩類，一類是可以被主流超導(dǎo)理論解釋的常規(guī)超導(dǎo)體；還有一類是無法用主流理論解釋的非常規(guī)超導(dǎo)體。非常規(guī)超導(dǎo)體通常很復(fù)雜，可以在相對較高的溫度下表現(xiàn)出超導(dǎo)性，是物理學(xué)家在尋找室溫超導(dǎo)體的道路上所關(guān)注的焦點。

?

新研究所發(fā)現(xiàn)的這種全新的機制，為發(fā)現(xiàn)非常規(guī)超導(dǎo)體打開了一扇新的大門，并在一定程度上改變了人們對于是什么驅(qū)動了向列的認知。實現(xiàn)非常規(guī)超導(dǎo)的途徑有很多，而新的發(fā)現(xiàn)為實現(xiàn)非常規(guī)超導(dǎo)提供了一個新的途徑。