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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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皇帝 | 2023-7-4 01:56:07
1樓

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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。新論文發表在《自然材料》（Nature Materials）期刊。

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