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两个独立的研究小组在铁硒超导体的研究领域取得了两项重大突破

两个独立的研究小组在铁硒超导体的研究领域取得了两项重大突破_图1

上图所示,是一种振动情形,能够用于跟踪铁硒化物中的原子的运动

两个独立的研究小组在铁硒超导体的研究领域取得了两项重大突破。一个研究小组已经证明,材料中呈现材料超导电性的电子可能来自于特定的原子轨道。与此同时,另一个小组测量了铁硒化物中电子与原子振动之间的相互作用,这一点被认为是与超导电性有关的。

这项研究揭示了为什么一些基于铁硒的材料在相对高的温度下呈现出超导体特性的奥秘,这让物理学家们困惑了十多年。而成块的铁硒化物在低于8.5k温度下呈现超导体特性,而这一温度,在材料的超薄层在一定的衬底上生长时,可以在75k实现。

多个轨道

当电子形成库珀对时,就会出现铁硒的超导电性,然后形成一个低温量子态,使它们在物质中畅通无阻地流动。这些电子来自于物质中的铁原子,由于铁的原子结构,从来自几个不同电子轨道的电子可以参与形成库珀对。

为了发现多个轨道中的电子在超导相中是如何形成电子对的,康奈尔大学的SéamusDavis和布鲁克黑文国家实验室共同领导的一个国际研究小组用扫描隧道电子显微镜表征与几个不同的电子轨道相关的电子。结果表明,在硒化铁中有一个特定轨道与超导电性有关。

“我们能够证明,铁硒化物中库珀电子对的几乎所有的电子都来自一个特定的低能轨道,”Davis解释道。

激动人心的振动

同时,由斯坦福大学的Zhi-XunShen所带领的团队用斯坦福大学的直线加速器中心的线性相干光源观察到了铁硒电子和晶格振动之间的相互作用。他们的实验包括在材料上发射红外激光脉冲,然后用超短X射线脉冲撞击晶格振动,并记录产生的衍射图样并确定原子的位置。同时,它们在样品上投射出超短的紫外线脉冲,导致一些电子被逐出。通过检测这些电子的发射角和能量的函数,它们可以表征材料的电子能带结构。

测量结果表明,原子晶格的振动诱导材料的电子结构发生振荡。此外,研究小组发现原子和电子之间的耦合强度比理论计算预测的强10倍。

这可能是一个重要的发现,因为原子振动和电子之间的相互作用被认为是产生库珀对的一种机制。而该研究团队说,这种测量并不能证明这种相互作用的强度不仅仅是一些铁硒基材料的高温超导电性的原因所在,他们认为这将为参与库珀对的复杂的相互作用作为重要参考。

两个独立的研究小组在铁硒超导体的研究领域取得了两项重大突破

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