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物理学研讨中把从高对称性到低对称性的改变称之为对称性破缺。例如四重对称（旋转90°后重合）的正方形拉伸后成为二重对称（旋转180°后重合）的长方形。在凝聚态物质中，资料的晶体结构和电子组态也将发生相似的对称性破缺，然后构成新的结构形状或电子相，了解这些电子态的微观来源一向以来都是凝聚态物理研讨的中心课题。铁基高温超导资料母体结构在高温下归于四重对称的四方相（正方棱柱），跟着温度的降低到Ts以下，其晶轴将沿着a方向稍微伸长而发生结构相变，构成低温下的二重对称正交相（长方棱柱），构成ab面内的结构对称性破缺。相应地，其自旋结构也将从高温下无序的顺磁态转变为低温下有序的反铁磁态，其自旋摆放沿a轴为反铁磁（反向摆放），沿b轴为铁磁（同向摆放），对应磁相变温度为反铁磁奈尔温度TN（见图1）。在退孪晶的铁基超导单晶中，低温下沿a方向的电阻要比b方向的电阻小得多，即面内电阻存在很强的二重对称性，这种电阻的各向异性度要远大于晶格畸变带来的差异，阐明其物理实质来源于电子态本身。更重要的是，这种二重对称的电子态特征继续到了结构相变温度Ts之上，在四重对称的四方相晶格结构中构成了电子态对称性破缺。这种坚持平移对称而损坏旋转对称的电子态被称为电子向列相，其微观机理是了解高温超导资猜中杂乱电子态相图及别致量子行为的根底之一。虽然已有试验从电荷的视点提醒铁基超导资猜中电子向列相从母体到最佳掺杂邻近样品均普遍存在，但其他试验和理论标明从轨迹的视点也相同能够构成相似的电子态对称性破缺。此外，一些试验根据则标明杂质散射构成的局域各向异性相同能够呈现相似特征。因而，有关铁基超导资猜中电子向列相的物理来源依然存在很大的争议，从自旋的视点给出电子向列相的决定性根据也一向处于空白，许多物理机制仍待深化了解。

最近，中国科学院物理研讨所／北京凝聚态物理国家试验室(筹)超导国家重点试验室的博士生鲁兴业、硕士生张睿、罗会仟副研讨员、戴鹏程研讨员等人使用非弹性中子散射试验手法，初次从自旋视点针对电子型掺杂铁基超导体BaFe2-xNixAs2中电子向列相问题展开了相关研讨。原则上，在未加偏置压力的孪晶样品中，其a方向和b方向将无法区别，两类具有90°对称的晶体畴区将在二重对称的低温正交相下构成四重对称的低能自旋涨落（见图2 A），和高温四方相下的对称性彻底相同（见图2 C）。因而，要从自旋视点提醒电子向列相的存在必须在退孪晶样品上进行丈量。他们首要展开了一套合适中子散射试验的退孪晶试验设备，经过在结构相变温度Ts之上沿着晶体b轴加偏置压力，单晶样品在Ts之下将坚持单畴区形状，这构成了研讨电子态平面内各向异性的技能根底 （见图2 D）。经过选取样品和中子束流的相对方位，就能够研讨两个坐落四重对称方位的倒空间点Q=（1, 0, 1）（对应实空间a方向）和（0, 1, 1）（对应实空间b方向）处的低能自旋涨落。他们首要承认母体资料BaFe2As2在低温正交相中低能磁激起仅存在于Q=（1, 0, 1）反铁磁点，便是二重对称的（见图2 B）。跟着温度升到Ts=TN=138 K之上，Q=（0, 1, 1）点的磁激起也开端呈现，但其强度要远小于Q=（1, 0, 1）点，两者的差异继续到了160 K左右（见图3），远远高于结构相变温度，这种自旋激起态的对称性破缺是自旋向列相的典型特征。接下来他们在欠掺杂样品BaFe1.915Ni0.085As2（Ts=58 K，TN=44 K）中相同观测到了高温四方相下具有二重对称性的自旋激起并发现其继续到了 80 K，阐明自旋向列相在欠掺杂样品中也相同存在。最终他们在不存在结构相变和磁相变的过掺杂样品BaFe1.88Ni0.12As2（一向是四方相）中展开了相似的试验，证明该样品中自旋激起差异现已彻底消失，即自旋激起康复了四重对称态。经过比照电阻各向异性的丈量成果，他们发现自旋激起差异发生的温度点和掺杂区间与电荷视点提醒的向列相成果高度一致（见图4），这阐明电输运丈量观测到的电子向列相和中子散射观测到的自旋向列相之间具有相同的物理来源。这一系列中子散射研讨初次从自旋视点确证了电子向列相的存在，并为其微观物理来源解说供给了重要试验根据，对了解高温超导体中电子向列相甚至赝能隙的构成有重要参阅含义。该项研讨工作于2014年7月31日在美国的《科学》杂志上宣布详见Science DOI: 10.1126/science.1251853。

上述研讨工作中的非弹性中子散射试验与德国慕尼黑的Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) 研讨所的J. T. Park博士协作完结，在理论方面与美国莱斯大学的斯其苗教授和A. H. Nevidomskyy教授展开了密切协作。

该研讨工作得到了科技部“973”项目、国家自然科学基金以及美国相关科学基金等项目的支撑。（物理研讨所）图1. BaFe2-xNixAs2晶体结构及ab面内磁结构图2. 零压力和有限偏置压力下BaFe2As2母体的磁激起散布，其间D为退孪晶试验设备图3. BaFe2As2母体低能自旋激起在Q=（1, 0, 1）和（0, 1, 1）处差异继续到160 K并与电阻成果对应图4. 自旋向列相与平面内各向异性电阻在相图中的散布存在高度一致性