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#物理学 #物理超导 #前沿科学
超低温扫描隧道显微镜，用于新的自然物理学实验。学分：耶鲁大学
耶鲁大学领导的一个团队发现了一种新型超导材料的最有力证据，这是一项基础科学突破，可能会为以一种新的方式哄骗超导（即电流流动而不损失能量）打开大门。
这一发现还为长期以来关于超导性的理论提供了切实的支持，即它可能基于电子向轴性，即粒子打破其旋转对称性的物质相。
这意味着什么。在与硫混合的硒化铁晶体中，铁原子位于网格中。在室温下，铁原子中的电子无法区分水平方向和垂直方向。但在较低的温度下，电子可能会进入“向列”相，在那里它开始喜欢向一个方向或另一个方向移动。
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在某些情况下，电子可能会开始在偏爱一个方向和另一个方向之间波动。这称为向列涨落。
几十年来，物理学家一直试图证明向列涨落导致超导性的存在，但收效甚微。但是，这项由耶鲁大学的爱德华多·达席尔瓦·内托（Eduardo H. da Silva Neto）领导的多机构研究带来了希望。
研究结果发表在《自然物理学》（Nature Physics）杂志上。
耶鲁大学文理学院物理学助理教授、耶鲁大学西校区能源科学研究所成员达席尔瓦·内托表示：“我们开始有一种预感，某些与硫混合的硒化铁材料发生了一些有趣的事情，这与超导性和向列涨落之间的关系有关。”
这些材料是理想的，因为它们显示出向列有序和超导性，而没有一些缺点，例如磁性，这些缺点可能会使研究变得困难。da Silva Neto 表示：“你可以从方程式中分离出磁力。”
FeSe 的相图1−xSx以及超导 FeSe 的晶体和电子结构0.81S0.19.图片来源：自然物理学 （2024）。DOI： 10.1038/s41567-024-02683-x
但这并不容易。在这项研究中，研究人员在几天内将铁基材料冷却到低于 500 毫开尔文的温度。为了跟踪这种材料，他们使用了扫描隧道显微镜 （STM），该显微镜在原子水平上拍摄电子的量子态图像。
研究人员将研究重点放在具有最大向列波动的硒化铁上，寻找“超导间隙”——超导存在和强度的公认代表。STM图像使研究人员能够找到与电子向轴性引起的超导性完全匹配的间隙。
da Silva Neto 说：“这很难证明，因为你必须在非常低的温度下进行具有挑战性的 STM 测量才能准确测量间隙，”。下一步是更仔细地观察。如果他们继续增加硫含量，超导性会发生什么变化？它会死吗？旋转波动会回来吗？接下来他们将探讨几个问题。
该研究的共同主要作者是耶鲁大学研究生 Pranab Kumar Nag 和 Kirsty Scott。来自耶鲁大学的其他合著者包括 Xinze Yang 和 Aaron Greenberg，以及来自加州大学戴维斯分校的研究人员;明尼苏达大学;巴西的 Universidade Federal de Goiás;巴西的坎皮纳斯大学（University of Campinas）;和费尔菲尔德大学。
更多信息：Pranab Kumar Nag 等人，FeSe1−xSx 向列量子临界点附近的高度各向异性超导间隙，自然物理学（2024 年）。DOI： 10.1038/s41567-024-02683-x
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