本文根据大阪大学成果发布资料编译整理而成
日本的大阪大学研究生院基础工学研究科的细井优助教、东京大学研究生院新领域创成科学研究科的芝内孝祯教授、东北大学研究生院理学研究科的青山拓也助教和大串研也教授等人组成的研究团队，与东北大学金属材料研究所的研究团队合作，研究梯子结构的铁基超导体硫化铁化合物BaFe2S3发现，此前一直不清楚原因的电导率略微增加的现象源于从一个电子轨道切换为另一个电子轨道的“轨道切换”现象。
2008年日本发现了铁基高温超导体，现在业界仍在大力研究其形成超导的原理，电子的磁性和轨道被认为对解开这个谜团至关重要。除高温超导外，电子的磁性和轨道还会形成磁序及轨道序等各种新的量子现象。此次研究着眼于铁基高温超导体中的硫化铁化合物BaFe2S3，该化合物的结构特点是，铁原子沿直线排成两排，呈梯子状。有研究显示，这种物质电子之间的相互作用非常强，电导率本来接近于绝缘体，但施加压力后会变成金属，产生高温超导性。BaFe2S3在-90℃左右的温度下会出现电导率提高的迹象，表明电子状态发生了某些变化。不过，无论磁性还是晶体结构都没有明显的变化，因此，虽然推测其电子的轨道状态发生了某些变化，但并不清楚是为什么。
细井助教等人的研究团队详细调查了向各个方向施加磁场，以及使物质变形时的响应。由此发现，在存在未知电子状态变化的区域，对磁场的方向和应变的响应会变小，说明电子状态发生了变化。另外还通过这种现象发现，本来像铁阵列一样向梯子腿方向延伸的电子轨道，逐渐切换成了也向其垂直方向延伸的四叶草型电子轨道（图1）。这应该也可以解释电导率为何会提高，因为通过这种轨道切换，电子轨道的空间扩展，会使电导率提高。
图1：此次明确的梯子型超导体的轨道切换现象示意图。
该研究成果表明，随着电子轨道的切换，材料的物理特性会发生改变。在现代社会，智能手机和个人电脑等已经成为不可或缺的电子产品，但主要还是利用电子的电荷和磁特性。此次研究发现了轨道切换的存在，今后有望通过控制电子的轨道来设计新的功能性产品。
论文信息
题目：Dichotomy Between Orbital and Magnetic Nematic Instabilities in BaFe2S3
期刊：Physical Review Research
URL：journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.2.043293
日文发布资料
编译：JST客观日本编辑部
