物理所铁基超导理论研究取得重要进展

　　自 2008年以来，铁基高温超导体上的发现不仅提供了新的一类高温超导，同时也提出了一些激动人心而又至关重要的科学难题：有没有一个微观理论可以统一解释它们的超导电性?如果这个理论存在，那么它的庐山真面目会是什么样的?这些新的铁基高温超导体和旧的铜基高温超导体之间是否存在某种深刻的内在联系?中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)胡江平研究员从对称性出发，以一个简洁的微观理论，朝着这些问题的最终答案迈出了重要的一步[Phys. Rev. X 2, 021009(2012)]。

　　目前被广泛使用的铁基超导体理论使用了铁原子的全部五个d轨道。这些理论虽然能够给出在相当程度上符合第一性原理计算的能带结构，但由于需要的参数过多，很难解释多种不同的铁基超导体中电子成对相互作用所遵守的对称性大同小异这个实验事实。与这些理论显著不同的是，胡江平研究员和其博士后郝宁宁证明，两个由铁基超导体的S4晶格对称性联系的轨道就可以给出对超导负责的电子结构。并且尽管这个理论十分简洁且仅需要很少的参数，它仍然能够解释不同铁基超导材料能带结构的巨大差异。

　　进一步，这个理论直接建立了铁基和铜基超导体的联系。虽然新的铁基超导体和旧的铜基超导体中电子成对相互作用的对称性看上去不同，但是在该理论框架内，类似于联系两个不同参考系的变换，它们被一个数学上的“规范”变换联系了起来。因此，该研究为统一理解铁基和铜基超导体提供了一个强有力的工具，它使研究铁基超导体电子成对相互作用对称性的问题成为了在铜基超导体中已经被深入、全面研究过的问题。从这个理论出发，可以进一步证明如果是s-波配对，在c-轴方向可能存在超导相位的差别。检测这个差别对确定超导机理会有决定性的作用。这一S4对称性的双轨道模型将会为铁基超导体研究提供一个崭新的平台。

　　这项研究还被美国物理协会选作焦点成果加以报道 [Physics 5，61 (2012)]。

图：(上图) 铁基超导体的铁砷或铁硒层的基本结构。(下图) 铁基超导体的s-波配对和d-波配对的等价性.