研究最高溫鐵基超導體,發現驅動材料進入超導狀態的新機制

2023-06-24 11:58:00    編輯: Emma stein
導讀 某些條件下(通常是極低溫),一些材料會改變結構並出現超導行為,這種結構轉變被稱為「向列轉變」,而物理學家曾懷疑,有另一種新方法可驅動材料進入電子完全無摩擦流動的超導狀態。現在,麻省理工學院團隊在研究...


某些條件下(通常是極低溫),一些材料會改變結構並出現超導行為,這種結構轉變被稱為「向列轉變」,而物理學家曾懷疑,有另一種新方法可驅動材料進入電子完全無摩擦流動的超導狀態。現在,麻省理工學院團隊在研究二維材料硒化亞鐵(FeSe)時,確定一類超導體經歷向列轉變的關鍵差異。

硒化亞鐵是最簡單的鐵基超導體,也是已知超導轉變溫度最高的鐵基超導體,該材料在接近零下 200℃ 時會轉變為超導狀態,此臨界值已高於大多數超導材料。當材料展現超導性的溫度越高,在現實世界的應用前景就越大,比如實現強大電磁體,用於更精確的核磁共振儀或高速磁懸浮列車。

首先我們需要了解驅動硒化亞鐵經歷向列轉變的開關。

近年來,物理學家以向列性來描述驅動材料進入超導狀態的轉變,電子之間的強相互作用導致材料像拉糖一樣在特定方向無限拉伸,電子能在該方向自由流動,其中最大問題在於是什麼作用引起拉伸。

在其他鐵基超導材料中,科學家觀察到當單個原子自旋磁矩自發轉向時會引起拉伸,但麻省理工學院團隊發現硒化亞鐵透過一種全新機制拉伸:不是原子經歷自旋轉移,而是軌道能量整體移動。

硒化亞鐵中,電子可以隨機選擇佔據鐵原子周圍 2 種軌道狀態之一,而團隊發現當硒化亞鐵拉伸時,所有電子開始壓倒性偏愛其中一種軌道狀態,象徵一種新的向列性與超導機制。

該研究證明了當涉及電子自旋與軌道向列性,過程存在不同基礎物理學,對尋找新型超導體來說非常重要。發表在《自然材料》(Nature Materials)期刊。

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標題:研究最高溫鐵基超導體,發現驅動材料進入超導狀態的新機制

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