由中科院上海微系统与信息技术研究所, 日本国立研究开发法人物质材料研究机构和美国国家强磁场实验室组成的联合研究小组, 最近通过实验, 阐明了目前最有希望成为高温超导体的铁基超导体母体物质CaFeAsF的电子状态, 并确认了狄拉克电子的存在.
2008年发现的铁基超导体由于可实现较高的转换温度, 作为高温超导体的潜在候选物质而备受瞩目. 在超导研究中, 需要通过置换母体材料的一部分元素来寻找新的超导体, 为了理解高温超导成因, 阐明母体物质的电子状态十分重要. 但是制作超导转变温度很高的铁基超导体的母体物质极为困难, 难以获得杂质和缺陷都很少的高质量样品, 因此关于其电子状态的实验分析一直没能取得进展.
研究小组此次完全确定了铁基超导体的母体物质CaFeAsF的费米面——显示能量最大的电子状态. 利用中国研究团队合成的高品质CaFeAsF单晶, 日本和美国团队在超低温强磁场中测量量子振荡, 成功完成了费米面实验观察, 测得的费米面各种数值与理论预测一致. 研究小组通过对量子振荡的详细分析, 发现费米面是由一种被称为狄拉克电子的特殊类型的电子形成, 这种电子在固体中高速移动而不易受杂质影响.
最新研究所阐释的母体物质CaFeAsF的电子状态, 是理解铁基超导体起源的重要基础认知. 而确认狄拉克电子的存在, 将有助于开发结合超导性和狄拉克电子新功能的电子器件.
