北京
當一塊材料薄到只有一個原子層時，神奇的事情發生了。
這是中國科學家在 2026 年公布的一項關于高溫超導的重要研究。聽起來也許很專業，但背后的故事其實很生動 —— 就像發現了一對原本應該一模一樣的 “雙胞胎”，卻突 然表現出了完全不同的“性格”。而正是這種差異，揭開了高溫超導機制中的一個新秘密。
01
從 9K 到 40K ：一個讓人困惑的飛躍
故事要從一種叫做鐵硒（FeSe）的材料說起。它屬于鐵基高溫超導體家族，也就是在相對“沒那么冷”的溫度下就能實現零電阻的材料。
普通的鐵硒塊材，其超導轉變溫度只有約9 開爾文（9K ），也就是大約零下 264 攝氏度。這意味著它需要比液氮溫度（零下 196 攝氏度）還要低得多，才能進入超導狀態。
但在2012 年，清華大學薛其坤院士團隊發現了一個震驚學界的現象：當把鐵硒做得極薄 —— 只有一個晶胞厚度（約0.55 納米，大約是頭發直徑的十萬分之一） —— 并把它生長在鈦酸鍶（SrTiO?）襯底上時，它的超導溫度竟然提高到了40K 以上。
雖然這個溫度依然很低，但已經比原來的 9K 提高了數倍，也讓人們對其未來應用產生了新的想象空間。
問題隨之而來：
為什么變薄之后，超導反而變強了？
十多年來，這一直是鐵基超導研究中的一個重要謎題。
02
被忽視的“子晶格”
要理解這項新研究，需要先看看鐵硒的微觀結構。
在鐵硒晶體中，鐵原子并不是隨意排列的。它們形成一種特殊結構：在每個最小重復單元中，存在兩個鐵原子，分別屬于兩個不同的子晶格（sublattice）。
可以把它們想象成兩塊互相交織在一起的棋盤格。
按照傳統理解，由于晶體整體具有對稱性，這兩個子晶格的物理性質應該完全相同 —— 就像一對幾乎無法區分的雙胞胎。
但理論研究曾提出一種可能：當鐵硒變成單層薄膜并與襯底形成界面時，這種對稱性可能被打破。
換句話說，這對“雙胞胎”也許并不完全一樣。
然而，在過去十多年里，一直沒有直接的實驗證據能夠證明這一點。
03
顯微鏡下的驚人發現
這一次，來自清華大學的實驗團隊與中國科學院物理研究所的理論團隊合作，使用了一種能夠分辨單個原子的強大工具 ——原子分辨率掃描隧道顯微鏡（STM）。
他們完成了一項前所未有的測量：
在同一個晶胞內，分別測量兩個鐵子晶格上的超導能隙。
結果令人驚訝。
這兩個子晶格的超導譜確實不同。
在其中一個子晶格上，超導相干峰在空穴一側更強；而在另一個子晶格上，相干峰在電子一側更強。
這種現象可以用國際象棋棋盤來形象理解（圖1）：黑白棋格代表兩個不同的子晶格，而每個格子上的紅藍“山峰”則代表實驗測量到的超導相干峰，其強度在兩個子晶格之間正好相反。
研究團隊為這種現象取名：
“子晶格二分性”（sublattice dichotomy）
通俗地說，這對住在同一個晶胞里的“雙胞胎”，竟然展現出了完全不同的電子特性。
圖1 ： 國際象棋棋盤的黑白格分別代表單層 FeSe 中的兩套鐵子晶格，格子上的紅藍峰代表實驗測量到的超導相干峰。
04
新配方的秘密：兩種機制同時工作
為什么會出現這種奇特現象？
理論分析給出了答案。
在單層鐵硒中，兩種不同的超導配對機制正在同時發揮作用：
第一種是傳統的帶內配對（intraband pairing），這是多數超導體中常見的配對機制。
第二種則是帶間配對（interband pairing），它源于界面引入的反演對稱性破缺。
有趣的是，這種帶間配對的思想其實可以追溯到幾十年前。
著名物理學家楊振寧曾提出一種特殊的配對機制 ——η 配對。
2013 年，中國科學院物理研究所的胡江平研究員在理論上提出，在單層 FeSe 這樣的體系中，可能存在一種奇宇稱的 η 配對，并在超導中發揮重要作用。
如今，這項新的實驗結果首次為這一理論提供了直接證據。
由于兩種配對機制在兩個子晶格上的貢獻不同，就產生了實驗上觀察到的子晶格二分性。
05
這意味著什么？
這項研究最重要的啟示是：
單層 FeSe 中顯著增強的超導溫度，很可能與新出現的帶間配對通道有關。
換句話說，超導增強不僅來自傳統的電子相互作用，還與界面引入的對稱性破缺密切相關。
這個新的配對通道，就像給超導機制增加了一臺“助推器”。
更重要的是，這項工作揭示了一條新的研究思路：
在探索更高溫超導材料時，除了關注電子之間的相互作用，還需要關注：
子晶格自由度
界面效應
對稱性破缺
這些過去容易被忽視的因素，可能正是打開高溫超導大門的重要鑰匙。
這項研究已發表于《Physical Review Letters》（Phys. Rev. Lett.136, 066502 (2026)），并受到國際同行的廣泛關注。
它告訴我們，在原子尺度上，即使是一個晶胞內部極其細微的結構差異，也可能決定宏觀量子現象的性質。
也許在未來，通過精確操控原子結構，人類真的可以設計出全新的量子材料。
而量子的奧秘，往往就隱藏在這些看似微不足道的原子“細節”之中。
作者：王立莉 清華大學物理系研究員；胡江平 中國科學院物理研究所副所長、研究員，凝聚態理論領域專家，新基石研究員。
編輯：丁香葉子
文章轉載自“中科院物理所”微信公眾號
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
