我校理學院曹崇德教授團隊與美國萊斯大學戴鵬程教授團隊以及德國馬普固體研究所、美國標準局、橡樹嶺國家實驗室和中國人民大學的同行合作，研究了Ni摻雜NaFeAs鐵基超導體的結構、向列性、磁性和超導特性之間的關係，在高溫超導體中發現了奇異的畸變現象，發現向列漲落有助於超導的形成。研究成果以“Local orthorhombic lattice distortions in the paramagnetic tetragonal phase of superconducting NaFe1−xNixAs“爲題，於2018年8月7日在Nature Communications（《自然-通訊》）上在線發表，曹崇德教授與戴鵬程教授爲文章的共同通訊作者。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-05529-2。這是他們繼首次在鐵基超導附近發現莫特絕緣體（Nature Communications, 2016, 7, 13879; https://www.nature.com/articles/ncomms13879）之後的又一重要研究進展。

超導材料，是具有在一定的低溫條件下呈現出電阻爲零以及排斥磁力線的性質的材料。超導材料處於超導態時電阻爲零，能夠無損耗地傳輸電能，這意味着電能和信息的快速傳遞。作爲一類特殊的重要功能材料，超導材料已廣泛用於超導強磁體、高能粒子加速器、磁懸浮運輸（如磁浮列車）、受控熱核反應、通信電纜和天線、儲能器件，重要的精密測量儀表、醫療器械、輻射探測器、微波發生器等。另外，超導材料還是量子通信的關鍵材料。目前爲止，已發現的超導材料其臨界超導溫度均遠低於零度，尋找到室溫超導材料是人類的夢想之一，而實現這一夢想的前提是搞清楚超導產生的機理。然而，迄今超導機理尚不清楚。

鐵基超導是2008年發現的一類特殊的全新超導材料，以前的理論認爲超導性和鐵磁性不能共存，因此在那之前鐵磁材料被認爲不可能產生超導性。因此，鐵基超導的發現具有重大意義，鐵基超導的機理是十年來物理和材料科學領域的重大研究問題，但迄今這一問題尚未解決。

理解向列序、磁有序和超導性之間的相互作用對於闡明鐵基超導體的物理特性至關重要。本工作獲得超大NaFe1-xNixAs單晶體，Ni的摻雜量達到驚人的30%；採用中子散射在整個NaFe1-xNixAs相圖中探測磁有序和向列序，發現雖然靜態反鐵磁和向列序都與超導相競爭，但在接近推定量子臨界點的過程中這兩種有序的起始溫度保持良好的分離。在低摻雜樣品中實驗揭示了在從四方到正交的結構轉變溫度以上存在持續的正交畸變，並一直延伸到既沒有磁轉變也沒有結構相變的過摻雜區域。這些意想不到的局域正交畸變顯示出居里-外斯溫度依賴性，在低於超導臨界溫度Tc以下被抑制，這表明它們是在最佳超導性附近由大的向列磁化率引起的。這一結果解釋了在結構轉變溫度以上觀察到的旋轉對稱性破壞，並證明在最佳超導性附近存在顯著的向列漲落。

電子向列漲落在量子臨界點附近變得非常大，它們受到局域晶體缺陷和雜質的束縛，表現爲本工作實驗測量到的局域晶格畸變。最有趣和重要的是，當發生這種情況時，超導性最強，這表明這些向列漲落有助於超導的形成。這一發現不但對提高鐵磷酸鹽的超導臨界溫度具有重要意義，而且爲更好地設計具有新穎和可預測性質的材料提供了理論依據。

該研究工作得到國家自然科學基金(51471135)、國家重點研發計劃 (2016YFB1100101)、陝西省重點研發計劃國際合作重點項目(2017KWZD-07)和深圳科技創新計劃項目(JCYJ20170815162201821)的支持。

近年來，曹崇德團隊已在Nature Communications、Physical Review Letters、Scientific Reports、Physical Review B、Crystal Growth & Design等國際一流期刊發表學術成果。

圖1. 超大Ni摻雜NaFeAs單晶體。

圖2. 由中子散射測量得到的NaFe1-xNixAs相圖及有序磁矩和正交畸變分別與摻雜量和溫度的關係。

（審稿：張秋禹 王洲航）

轉自西工大新聞網