超導體應(yīng)該進行調(diào)整

根據(jù)萊斯大學物理學家和合作者的兩項研究，一些鐵基超導體可以從調(diào)整中受益。

“我們的工作展示了一種新的設(shè)計原理，用于調(diào)諧量子材料，以在更高的溫度下實現(xiàn)非常規(guī)的超導性，”萊斯的研究首席理論物理學家齊淼思說 ，該研究調(diào)查了先前在硒化鐵中報道的異常超導模式。

“我們展示了一種異常，一種不同尋常的電子秩序，可以提高超導電性在特定軌道中產(chǎn)生電子配對的可能性，” 賴斯量子材料中心 (RCQM)和Harry C. and Olga K的主任說 。 Wiess物理與天文學教授。“增強這種效應(yīng)的調(diào)諧材料可以在更高的溫度下促進超導性。”

由于無數(shù)電子的撞擊，電流加熱了布線，每次撞擊時都會失去能量。 電網(wǎng)每年約有6%的電力因此加熱或電阻而損失。相比之下，超導體中的電子形成了在沒有電阻或熱量的情況下毫不費力地流動的對。

工程師們長期以來一直夢想著將超導技術(shù)用于節(jié)能計算，電網(wǎng)等等，但電子是臭名昭著的孤獨者，是量子家族中最受研究的成員，稱為費米子。費米子非常反對彼此分享空間，他們已經(jīng)知道 暫時不再存在 。由于它們古怪的量子特性，誘導電子形成對通常需要極端條件，如 強壓力 或比深空更冷的溫度 。

非傳統(tǒng)的超導性 - 在硒化鐵等材料中發(fā)生的那種 - 是不同的。由于物理學家無法完全解釋的原因，非常規(guī)超導體中的電子在相對較高的溫度下形成對 。在過去的40年里，這種行為已被記錄在數(shù)十種材料中。雖然確切的機制仍然是個謎，但像Si這樣的物理學家已經(jīng)學會了預(yù)測非常規(guī)超導體在某些情況下的表現(xiàn)。

在新的研究中，Si，Rice研究生Haoyu Hu和合作者使用“軌道選擇性配對”的理論模型來解釋先前的硒化鐵實驗結(jié)果，并預(yù)測它和其他材料在其他情況下的表現(xiàn)。該團隊包括萊斯大學的研究生胡浩宇，人民大學的榮宇，亞利桑那州立大學的Emilian Nica和洛斯阿拉莫斯實驗室的朱建新。在其模型中，某些原子殼中的電子更可能形成對，而不是其他原子殼。Si說，通過思考像高速公路上的車道一樣的原子軌道，一種可視化的方法。

“汽車在不同車道以不同的速度行駛，”他說。“我們希望左車道的人能夠最快地移動，但情況并非如此。當許多汽車在高速公路上時，其他車道可能移動得更快。非常規(guī)超導體中的電子就像擁擠的高速公路上的汽車。他們必須互相避開，最終可能被卡在一條車道上。調(diào)整電子訂單是一種將電子哄騙進入特定 軌道的方法，就像高速公路錐體和將汽車引入特定車道的障礙一樣。“

鐵基高溫超導體是在2008年發(fā)現(xiàn)的，Si和合作者提供 了解釋它們的第一個理論之一：將它們冷卻到量子臨界點附近會產(chǎn)生明顯的相關(guān)電子效應(yīng)，這種行為起源于只能通過將電子視為集體系統(tǒng)而不是許多單個物體來理解。

這些新論文出現(xiàn)在 物理評論快報 (PRL)和 物理評論B (PRB)中，建立在與Yu和Nica在Rice的博士后和研究生學習期間進行的研究中。2013年， Si和Yu表明 ，軌道選擇性行為可能導致堿性硒化鐵同時表現(xiàn)出金屬和絕緣體的沖突特性。2017年， Si，Nica及其同事表明 ，硒化鐵有可能具有超導狀態(tài)，其中與子殼的一個軌道相關(guān)的電子對與同一子殼中的密切相關(guān)軌道的電子對非常不同。

“在目前的工作中，我們發(fā)現(xiàn)向列順序在高于超導轉(zhuǎn)變溫度的溫度下顯著提高了正常狀態(tài)下的軌道選擇性，”PRL論文的第一作者Yu說。

在向列系統(tǒng)中，在一個方向上的順序高于另一個方向。例如，在一盒未煮過的面條中，如果在垂直方向上觀察，面條是縱向排列的，但是是無序的。

為了分析在向列電子秩序存在下超導性的性質(zhì)，Yu，Si及其同事分析了“超導間隙”，這是一種比較與向列方向和垂直方向上的電子對分離相關(guān)的能量成本的度量。他們的計算顯示出很大的差異。

“我們的研究結(jié)果提供了對最近報道的非常顯著結(jié)果的自然理解，這些結(jié)果是 基于對掃描隧道顯微鏡中硒化鐵超導間隙的精心測量而得到的，”PRB論文的第一作者胡說。

Si表示，這項工作“揭示了軌道選擇性配對與電子訂單之間的相互作用，這似乎是鐵基超導體和其他強相關(guān)量子材料中非常規(guī)超導性的重要組成部分。”