原子級影像揭密：鐵基超導體中硫族元素的關鍵角色

最新研究透過原子級成像技術發現，硫族元素在鐵基超導體的庫柏對形成過程中扮演關鍵角色，為高溫超導機制帶來突破性見解。這項發現將徹底改變科學家對非常規超導體微觀機制的理解。

根據傳統BCS理論，超導現象源自晶格上零動量庫柏對的凝聚，其配對方式遵循晶格對稱性。然而近年來，一種稱為「配對密度波」(PDW)的奇特超導態引起學界高度關注。在PDW狀態下，庫柏對會形成有限動量，打破晶體的平移對稱性，導致超導序引數出現空間週期性調變。

北京大學王健教授團隊運用掃描隧道顯微鏡/光譜學(STM/S)技術，對生長在SrTiO₃(001)基板上的高品質單層Fe(Te,Se)和FeSe超導薄膜進行精確測量。這些薄膜在鐵基超導體中具有最高的超導轉變溫度(約60K，相當於-213°C)。

研究團隊以超高空間解析度觀測到單一晶胞內不同原子位點的超導特性變化。結果顯示，超導能隙大小和相干峰銳度呈現與晶格週期相同的空間調變。特別值得注意的是，這些調變嚴格對應晶格結構，其極值點精確位於硫族元素的晶體學位置。

「這項發現讓我們首次在原子尺度上看見超導態的細微結構，」研究人員形容，「就像觀察超導電子對的『舞蹈』，而硫族元素扮演著指揮者的角色。」過去理論研究常低估硫族元素在鐵基超導體庫柏配對中的作用，這項新發現將促使科學家重新思考鐵基超導體的微觀機制。

這項研究將配對機制的實驗探索推進至次晶胞尺度，為理解含多原子的非常規超導體開闢新途徑。研究團隊計劃將此方法擴充套件至其他超導系統，探索原子級資訊如何幫助我們解開高溫超導之謎。