鐵基超導(dǎo)中“隱形”的配對通道 | 進(jìn)展

單層 FeSe/SrTiO? 是最引人關(guān)注的鐵基高溫超導(dǎo)體系之一。2012 年，實驗發(fā)現(xiàn)僅 一個晶胞厚度的 FeSe 薄膜在 SrTiO? 襯底上可以實現(xiàn)超過 40 K 的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，遠(yuǎn)高于塊體 FeSe 的 9–14K。這一顯著增強的超導(dǎo)現(xiàn)象引發(fā)了廣泛關(guān)注。然而，如此超薄的二維體系為何能夠產(chǎn)生如此強的超導(dǎo)性，其微觀配對機制仍然是該領(lǐng)域的重要未解問題。

在鐵基超導(dǎo)體中，每個晶胞包含兩個鐵原子，它們構(gòu)成兩個彼此交錯的子晶格。按照常規(guī)理解，由于晶體具有空間反演對稱性，這兩個子晶格應(yīng)具有相同的物理性質(zhì)。但理論研究曾提出，在單層 FeSe 中，界面可能破壞這種對稱性，從而引入新的配對通道。然而，這一子晶格自由度是否在超導(dǎo)配對中發(fā)揮關(guān)鍵作用，一直缺乏直接的實驗證據(jù)。

近日，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心胡江平研究員和蔣坤研究員（T06組）與清華大學(xué)薛其坤院士、王立莉研究員團(tuán)隊等合作，通過原子分辨率掃描隧道顯微鏡與掃描隧道譜（STM/STS）實驗，對單層 FeSe 的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。他們首次在同一晶胞中分別測量了兩個 Fe 子晶格的超導(dǎo)能隙結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)兩者表現(xiàn)出明顯不同的隧穿譜特征：在一個子晶格上，超導(dǎo)相干峰在空穴一側(cè)更強，而在另一個子晶格上則在電子一側(cè)更強（見圖1）。研究團(tuán)隊將這一現(xiàn)象稱為“子晶格二分性（sublattice dichotomy）”。 進(jìn)一步的理論分析表明，這一現(xiàn)象源于兩種不同配對機制的共存：傳統(tǒng)的帶內(nèi)配對以及由子晶格結(jié)構(gòu)引入的帶間配對。這一帶間配對正是源于胡江平研究員在2013年提出的h配對（?Phys. Rev. X 3, 031004 (2013)）。界面導(dǎo)致的反演對稱性破缺使得這兩種配對可以同時存在，從而自然解釋了實驗中觀察到的子晶格差異。

圖1：單層鐵基超導(dǎo)FeSe中的兩套Fe子晶格和其上面測到的掃描隧道譜

該研究表明，單層 FeSe 中增強的超導(dǎo)臨界溫度可能與新的帶間配對通道有關(guān)，而不僅僅來源于傳統(tǒng)的費米面不穩(wěn)定性機制。這一工作揭示了晶格子結(jié)構(gòu)自由度在非常規(guī)超導(dǎo)中的重要作用，為理解單層 FeSe 高溫超導(dǎo)機理提供了關(guān)鍵實驗線索，也為探索更高溫度的超導(dǎo)材料提供了新的思路。

該成果已獲得 Phys.org 的新聞報道（https://phys.org/news/2026-03-hidden-atomic-dichotomy-superconductivity-ultra.html），并在 Journal Club for Condensed Matter Physics 上受到美國威斯康星大學(xué) Daniel Agterberg 教授的高度評價（https://www.condmatjclub.org/jccm_october_2025_01/）。相關(guān)研究成果以Parity Breaking and Sublattice Dichotomy in Monolayer FeSe Superconductor為題，發(fā)表于Phys. Rev. Lett. 136, 066502（2026）。該研究受到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院、科技部重點研發(fā)計劃和新基石研究員項目的資助。

編輯：小鹿