yy.vip易游-一对“双胞胎”铁原子为何性格截然不同？它揭开了高温超导的新秘密

　　YYVIP易游·(中国有限公司)官方网站-这是中国科学家在 2026 年公布的一项关于高温超导的重要研究。听起来也许很专业，但背后的故事其实很生动 —— 就像发现了一对原本应该一模一样的 “双胞胎”，却突 然表现出了完全不同的“性格”。而正是这种差异，揭开了高温超导机制中的一个新秘密。

　　故事要从一种叫做铁硒（FeSe）的材料说起。它属于铁基高温超导体家族，也就是在相对“没那么冷”的温度下就能实现零电阻的材料。

　　普通的铁硒块材，其超导转变温度只有约9 开尔文（9K ），也就是大约零下 264 摄氏度。这意味着它需要比液氮温度（零下 196 摄氏度）还要低得多，才能进入超导状态。

　　但在2012 年，清华大学薛其坤院士团队发现了一个震惊学界的现象：当把铁硒做得极薄 —— 只有一个晶胞厚度（约0.55 纳米，大约是头发直径的十万分之一） —— 并把它生长在钛酸锶（SrTiO₃）衬底上时，它的超导温度竟然提高到了40K 以上。

　　虽然这个温度依然很低，但已经比原来的 9K 提高了数倍，也让人们对其未来应用产生了新的想象空间。

　　在铁硒晶体中，铁原子并不是随意排列的。它们形成一种特殊结构：在每个最小重复单元中，存在两个铁原子，分别属于两个不同的子晶格（sublattice）。

　　按照传统理解，由于晶体整体具有对称性，这两个子晶格的物理性质应该完全相同 —— 就像一对几乎无法区分的双胞胎。

　　但理论研究曾提出一种可能：当铁硒变成单层薄膜并与衬底形成界面时，这种对称性可能被打破。

　　这一次，来自清华大学的实验团队与中国科学院物理研究所的理论团队合作，使用了一种能够分辨单个原子的强大工具 ——原子分辨率扫描隧道显微镜（STM）。

　　在其中一个子晶格上，超导相干峰在空穴一侧更强；而在另一个子晶格上，相干峰在电子一侧更强。

　　这种现象可以用国际象棋棋盘来形象理解（图1）：黑白棋格代表两个不同的子晶格，而每个格子上的红蓝“山峰”则代表实验测量到的超导相干峰，其强度在两个子晶格之间正好相反。

　　通俗地说，这对住在同一个晶胞里的“双胞胎”，竟然展现出了完全不同的电子特性。

　　图1 ： 国际象棋棋盘的黑白格分别代表单层 FeSe 中的两套铁子晶格，格子上的红蓝峰代表实验测量到的超导相干峰。

　　第一种是传统的带内配对（intraband pairing），这是多数超导体中常见的配对机制。

　　第二种则是带间配对（interband pairing），它源于界面引入的反演对称性破缺。

　　2013 年，中国科学院物理研究所的胡江平研究员在理论上提出，在单层 FeSe 这样的体系中，可能存在一种奇宇称的 η 配对，并在超导中发挥重要作用。

　　由于两种配对机制在两个子晶格上的贡献不同，就产生了实验上观察到的子晶格二分性。

　　单层 FeSe 中显著增强的超导温度，很可能与新出现的带间配对通道有关。

　　换句话说，超导增强不仅来自传统的电子相互作用，还与界面引入的对称性破缺密切相关。

　　它告诉我们，在原子尺度上，即使是一个晶胞内部极其细微的结构差异，也可能决定宏观量子现象的性质。

　　作者：王立莉 清华大学物理系研究员；胡江平 中国科学院物理研究所副所长、研究员，凝聚态理论领域专家，新基石研究员。