硒化铁的超导性与“对称断裂”状态有关，绘制这种状态的电子结构可增强对这种现象的理论解释。
《物理评论X》杂志近日报道称，美国莱斯大学的研究人员利用一种智能技术，为难以控制的硒化铁晶体绘制了能带结构图。这张图详细描述了材料的电子状态，是对超导硒化铁单晶参数的可视化总结。量子材料中心（RCQM）研究人员Ming Yi说：“这很像一张交通地图。在量子力学的世界里，电子在穿过晶体时必须遵守各种各样的规则。只有在特殊情况下，电子才能通过或者改变‘车道’。”
在加州大学伯克利分校从事博士后工作期间，Yi就开始了硒化铁材料的角分辨光电发射光谱实验研究。在这项充满挑战的实验中，她使用了斯坦福大学同步辐射光源（SSRL）的强大同步加速器来诱导晶体发射电子。Yi说：“从某种意义上讲，我们进行的测量就像为飞出材料的电子拍摄闪照。每张照片都记录了电子被光子‘踢出’材料前的故事。通过分析完整的照片集，我们就能够找到其背后隐藏的物理学原理。”
电子探测器可以跟踪电子从晶体中发射出来时的速度和方向。这些信息包含了量子力学定律的重要线索，而量子力学定律又在微观尺度上决定了电子的“通行模式”。Yi说：“我们的工作是观察不同类型的奇异材料，并找出控制其电子行为的量子力学规则。最终，我们希望这些规则能够引导科学家们找到改变世界的新材料。”
那么，研究人员应该从何处着手，去寻找这些有趣的规则呢？Yi认为，这些规则被编码在了材料的电子结构中。她解释说：“材料的电子结构就像它们的电子指纹。每种材料独特的指纹描述了电子可以占据的能量状态。通过分析材料的电子结构，我们就能判断它是良导体、绝缘体还是超导体。”
在室温条件下，铁基超导体中的铁层原子排列为正方形棋盘格状。而当温度降低至超导点附近时，铁原子开始移动，正方形变成了长方形。这种变化导致了方向依赖行为（向列性），研究人员认为它在超导中起着重要的未知作用。Yi说：“在其他铁基材料中，向列性与磁序相关。硒化铁非常特殊，它只有向列性作用。”
在莱斯大学研究人员Pengcheng Dai和Tong Chen开发的去孪生技术（detwinning technique）的帮助下，Yi从硒化铁中获取了向列相序非常清晰的全样本测量数据。她表示，这些数据表明，硒化铁的向列相位移量级与更加复杂的磁性铁基超导体的向列相位移量级相当。因此，在硒化铁中观察到的向列相可能是所有铁基超导体的普遍特征，而与长程磁性无关。Yi希望他们的研究成果能让科学家们探索超导体方面的更多可能性。她说：“我们测定的数据旨在为描述铁基超导体向列相超导态的理论模型提供精确的指导。这非常重要，因为向列相在超导材料中的作用不容忽视。”
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编译：雷鑫宇
审稿：alone
责编：张梦
期刊来源：《物理评论X》
期刊编号：2160-3308
原文链接：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-12/ru-emr120619.php
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