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發布時間:2025-10-24閱讀(4)
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鐵基超導體是一類具有高溫超導性質的材料,它們的超導轉變溫度可以達到幾十甚至上百開爾文。這些材料的一個共同特征是,在超導相之前,它們會出現一個電子性質的對稱性破缺,即電子向列相或者稱為電子向列液晶相。在這個相中,電子系統會自發地從四方對稱降低到正交對稱,從而導致晶格也發生畸變。這種對稱性破缺的機制是什么?是由自旋還是軌道引起的?這些問題一直是鐵基超導體研究中的重要課題。
在鐵基超導體中,最簡單也最神秘的一個代表是硒化鐵(FeSe)。它的超導轉變溫度只有9K,但是在壓力或者界面效應的作用下,可以提高到幾十甚至上百開爾文。FeSe在90K左右會發生一個電子向列相變,但是與其他鐵基超導體不同的是,它沒有伴隨著磁性相變。這意味著FeSe中的電子向列相變可能有著不同于其他鐵基超導體的起源和機制。 為了揭示FeSe中電子向列相變的本質,一種有效的方法是測量軌道占據數的各向異性,即軌道極化。軌道極化反映了不同軌道上電子分布的不均勻性,它可以作為電子向列相變的一個重要指標。然而,要測量軌道極化并不容易,因為它與晶格畸變有著密切的聯系。晶格畸變會引起晶場劈裂,從而影響軌道占據數。因此,要區分軌道極化和晶格畸變的貢獻,需要一種能夠同時控制和測量晶格應變和軌道占據數的方法。 最近,一篇發表在《自然材料》上的論文提出了這樣一種方法,并且成功地測量了FeSe中的自發軌道極化。這篇論文的作者利用X射線線偏振(XLD)技術,在Fe K邊緣處測量了FeSe樣品在不同應力和溫度下的吸收光譜。XLD技術可以敏感地探測不同軌道上電子占據數的各向異性,從而反映出軌道極化的大小和方向。同時,作者還利用X射線衍射(XRD)技術,精確地測量了樣品在不同應力下的晶格應變狀態。通過結合XLD和XRD技術,作者可以實現對晶格應變和軌道極化的同時調控和檢測。 作者發現,在FeSe樣品中,在電子向列相變溫度Ts以下,存在著一個與晶格應變無關、自發產生的軌道極化,表明軌道極化是電子向列相變的主要序參量。此外,作者還發現,在Ts以上,軌道極化的可極化性隨著溫度降低而發散,表明軌道極化是電子向列相變的驅動力。這些結果為理解FeSe中電子向列相變的起源和機制提供了有力的證據。 這篇論文的工作展示了一種新穎的測量軌道極化的方法,也揭示了FeSe中電子向列相變的軌道本質。這對于深入理解鐵基超導體中的電子向列相變和超導機制具有重要的意義。 |
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