突破性发现：铁基超导体中三维量子格里菲斯奇异性的实验证据

理解高温超导背后的机制仍然是凝聚态物理中最具挑战性的问题之一。在各种非常规超导体家族中，铁基超导体成为一种特别引人入胜的体系，因为它表现出复杂的电子结构和超导性质。近年来，一个特别的概念——量子格里菲斯奇异性(QGS)——已成为解开这些非常规超导体复杂性的潜在关键。

QGS是一种理论结构，描述了量子相变附近的一个区域，在那里可以形成罕见的局域自旋簇或其他自由度。这些嵌入在宿主材料中的团簇，引入了能量尺度的分层分布，导致异常的热力学和动态特性。虽然在低维系统和某些磁性材料中进行了广泛研究，但三维QGS在铁基超导体中的存在及其影响一直是研究的主题。

最近北京大学研究人员发表的一篇论文，为块状铁基超导体中存在三维 QGS提供了令人信服的证据。

量子格里菲斯奇异性

为了理解QGS，必须建立对量子相变的基础理解。与在有限温度下发生的经典相变不同，量子相变发生在零温下，因为控制参数(如压力或磁场)被调谐。在这些转变附近，量子涨落成为主导，导致临界行为。

然而，QGS引入了一层复杂性。它源于淬火无序的存在，例如杂质或缺陷，它们可以产生具有不同于块状材料性质的局部区域。这些区域，通常称为格里菲斯区域，可以充当稀有的、能量上有利的簇。这些簇的分布遵循幂律形式，导致分层的能量景观。

QGS的影响是深远的。它会导致发散的动态临界指数，表明异常缓慢的弛豫时间。此外，QGS还可以产生格里菲斯相，其特征是非遍历行为和常规标度律的分解。预计该相将表现出一系列非常规特性，包括异常的传输、磁性和热力学行为。

实验证据

虽然QGS的理论框架已经建立，但在像铁-砷化物这样的复杂材料中进行实验验证具有挑战性。然而，最近的突破为块状样品中存在三维QGS 提供了令人信服的证据。

QGS 的关键实验特征之一是正常状态中存在广泛的非费米液体状态。该状态的特征是电阻率、比热和其他物理量的温度和磁场依赖性异常。在各种铁化合物中都观察到了这种行为，这表明QGS 可能是这些异常现象背后的原因。

此外，对超导转变的详细研究揭示了类似格里菲斯情景的证据。上临界场的温度依赖性和转变时的比热跃变与BCS理论存在偏差，而与QGS的预测一致。广泛的超导波动机制的观察，延伸到远高于临界温度，支持了分层能量景观的想法。

为了进一步巩固三维QGS的证据，采用了中子散射、核磁共振和介子自旋弛豫等先进的实验技术。这些研究提供了对格里菲斯区域的微观性质及其对材料的电子和磁性质的影响的见解。

影响和未来方向

在块状铁基超导体中发现三维QGS对我们理解这些复杂材料具有深远意义。这表明，通常被认为是有害因素的无序可能在形成超导特性方面起着至关重要的作用。此外，QGS 为这些超导体中奇异的正常状态行为和非常规配对机制提供了一种潜在的解释。

未来的研究工作将侧重于阐明格里菲斯区域的精确性质及其与其他电子和磁自由度的相互作用。更深入地了解铁基超导体中的QGS，可能为开发具有增强超导性能的新型材料铺平道路。