客观日本

东京大学等发现铁基超导的新量子液晶态

2020年03月24日 电子电气

日本东京大学和产业技术综合研究所与德国卡尔斯鲁厄理工学院、美国明尼苏达大学组成的联合研究团队发现,铁基超导体具有新的量子液晶态。这种新的量子液晶态可以使电子的响应方向在任何方向上对齐,这一现象可用于开拓新的量子技术。

研究团队发现,铁基高温超导体Ba1-xRbxFe2As2可以实现新的量子液晶态,电子群在任何方向都能对齐,不受晶格方向影响。以前就知道,BaFe2As2(x=0)在低温下会显示出量子液晶态,朝向连接相邻两个铁原子的方向,可通过测量伸缩样本时电阻变化来查。

对于BaFe2As2的晶体结构,其量子液晶态有两种可能的方向,即连接相邻两个铁原子的方向(Fe-Fe方向),和连接与之相差45度的铁原子与砷原子的方向(Fe-As方向,图1)。如果沿着量子液晶态的方向伸缩样本,电子群会朝着这个方向取向,因此电阻会发生显著变化。BaFe2As2在向Fe-Fe方向伸缩时,电阻变化比向Fe-As方向伸缩时大。而此次研究发现,RbFe2As2(x=1)正好相反,向Fe-As方向伸缩时电子变化更大,原因是在RbFe2As2中,量子液晶态的方向与BaFe2As2相差45度,朝向Fe-As方向。

将BaFe2As2的Ba部分置换为Rb后,量子液晶态的方向会发生变化。研究团队基于此新合成了这些物质的混晶Ba1-xRbxFe2As2,并详细调查了方向变化。结果显示,在以一定比例的Ba和Rb制成的样本中,Fe-Fe方向和Fe-As方向都容易对齐。表明这是一种与普通液晶非常相似的在面内任何方向都会对齐的量子液晶态。

此次的结果表明,与此前报告的量子液晶态相比,有望实现与普通液晶更相似的新型量子液晶态。量子液晶态可通过外部电场改变电子状态,因此有望实现高速巨大的响应。这种新的量子液晶态能自由控制方向。如果能用其控制物质中的元激发流(量子波或量子流),则有望开拓新的量子技术,比如控制量子信息的传递方向等。

东京大学等发现铁基超导的新量子液晶态

图1:改变铁基超导体Ba1-xRbxFe2As2的Rb置换量x时的电子状态变化图。

论文信息
题目:Novel electronic nematicity in heavily hole-doped iron pnictides superconductors
期刊:《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》(PNAS)

日语发布原文

文:JST客观日本编辑部

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