日本東京大學和產業技術綜合研究所與德國卡爾斯魯厄理工學院、美國明尼蘇達大學組成的聯合研究團隊發現，鐵基超導體具有新的量子液晶態。這種新的量子液晶態可以使電子的響應方向在任何方向上對齊，這一現象可用於開拓新的量子技術。
研究團隊發現，鐵基高溫超導體Ba1-xRbxFe2As2可以實施新的量子液晶態，電子羣在任何方向都能對齊，不受晶格方向影響。以前就知道，BaFe2As2（x=0）在低溫下會顯示出量子液晶態，朝向連接相鄰兩個鐵原子的方向，可透過測量伸縮樣本時電阻變化來查。
對於BaFe2As2的晶體結構，其量子液晶態有兩種可能的方向，即連接相鄰兩個鐵原子的方向（Fe-Fe方向），和連接與之相差45度的鐵原子與砷原子的方向（Fe-As方向，圖1）。如果沿着量子液晶態的方向伸縮樣本，電子羣會朝着這個方向取向，因此電阻會發生顯著變化。BaFe2As2在向Fe-Fe方向伸縮時，電阻變化比向Fe-As方向伸縮時大。而此次研究發現，RbFe2As2（x=1）正好相反，向Fe-As方向伸縮時電子變化更大，終極因數是在RbFe2As2中，量子液晶態的方向與BaFe2As2相差45度，朝向Fe-As方向。
將BaFe2As2的Ba部分置換爲Rb後，量子液晶態的方向會發生變化。研究團隊基於此新合成了這些物質的混晶Ba1-xRbxFe2As2，並詳細調查了方向變化。結果顯示，在以一定比例的Ba和Rb製成的樣本中，Fe-Fe方向和Fe-As方向都容易對齊。表明這是一種與普通液晶非常相似的在面内任何方向都會對齊的量子液晶態。
此次的結果表明，與此前報告的量子液晶態相比，有望實施與普通液晶更相似的新型量子液晶態。量子液晶態可透過外部電場改變電子狀態，因此有望實施高速巨大的響應。這種新的量子液晶態能自由控制方向。如果能用其控制物質中的元激發流（量子波或量子流），則有望開拓新的量子技術，比如控制量子資訊的傳遞方向等。
圖1：改變鐵基超導體Ba1-xRbxFe2As2的Rb置換量x時的電子狀態變化圖。
論文資訊
題目：Novel electronic nematicity in heavily hole-doped iron pnictides superconductors
期刊：《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》（PNAS）
文：JST客觀日本編輯部
