由中科院上海微系統與資訊技術研究所, 日本國立研究開發法人物質材料研究機構和美國國家強磁場實驗室組成的聯合研究小組, 最近通過實驗, 闡明了目前最有希望成為高溫超導體的鐵基超導體母體物質CaFeAsF的電子狀態, 並確認了狄拉克電子的存在.
2008年發現的鐵基超導體由於可實現較高的轉換溫度, 作為高溫超導體的潛在候選物質而備受矚目. 在超導研究中, 需要通過置換母體材料的一部分元素來尋找新的超導體, 為了理解高溫超導成因, 闡明母體物質的電子狀態十分重要. 但是製作超導轉變溫度很高的鐵基超導體的母體物質極為困難, 難以獲得雜質和缺陷都很少的高質量樣品, 因此關於其電子狀態的實驗分析一直沒能取得進展.
研究小組此次完全確定了鐵基超導體的母體物質CaFeAsF的費米面——顯示能量最大的電子狀態. 利用中國研究團隊合成的高品質CaFeAsF單晶, 日本和美國團隊在超低溫強磁場中測量量子振蕩, 成功完成了費米面實驗觀察, 測得的費米面各種數值與理論預測一致. 研究小組通過對量子振蕩的詳細分析, 發現費米面是由一種被稱為狄拉克電子的特殊類型的電子形成, 這種電子在固體中高速移動而不易受雜質影響.
最新研究所闡釋的母體物質CaFeAsF的電子狀態, 是理解鐵基超導體起源的重要基礎認知. 而確認狄拉克電子的存在, 將有助於開髮結合超導性和狄拉克電子新功能的電子器件.
