自 2008年以來，鐵基高溫超導體上的發現不僅提供了新的一類高溫超導，同時也提出了一些激動人心而又至關重要的科學難題：有沒有一個微觀理論可以統一解釋它們的超導電性?如果這個理論存在，那么它的廬山真面目會是什么樣的?這些新的鐵基高溫超導體和舊的銅基高溫超導體之間是否存在某種深刻的內在聯系?中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)胡江平研究員從對稱性出發，以一個簡潔的微觀理論，朝著這些問題的最終答案邁出了重要的一步[Phys. Rev. X 2, 021009(2012)]。
目前被廣泛使用的鐵基超導體理論使用了鐵原子的全部五個d軌道。這些理論雖然能夠給出在相當程度上符合第一性原理計算的能帶結構，但由于需要的參數過多，很難解釋多種不同的鐵基超導體中電子成對相互作用所遵守的對稱性大同小異這個實驗事實。與這些理論顯著不同的是，胡江平研究員和其博士后郝寧寧證明，兩個由鐵基超導體的S4晶格對稱性聯系的軌道就可以給出對超導負責的電子結構。并且盡管這個理論十分簡潔且僅需要很少的參數，它仍然能夠解釋不同鐵基超導材料能帶結構的巨大差異。
進一步，這個理論直接建立了鐵基和銅基超導體的聯系。雖然新的鐵基超導體和舊的銅基超導體中電子成對相互作用的對稱性看上去不同，但是在該理論框架內，類似于聯系兩個不同參考系的變換，它們被一個數學上的“規范”變換聯系了起來。因此，該研究為統一理解鐵基和銅基超導體提供了一個強有力的工具，它使研究鐵基超導體電子成對相互作用對稱性的問題成為了在銅基超導體中已經被深入、全面研究過的問題。從這個理論出發，可以進一步證明如果是s-波配對，在c-軸方向可能存在超導相位的差別。檢測這個差別對確定超導機理會有決定性的作用。這一S4對稱性的雙軌道模型將會為鐵基超導體研究提供一個嶄新的平臺。
這項研究還被美國物理協會選作焦點成果加以報道 [Physics 5，61 (2012)]。
圖：(上圖) 鐵基超導體的鐵砷或鐵硒層的基本結構。(下圖) 鐵基超導體的s-波配對和d-波配對的等價性.
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