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常規超導的機制是兩個電子通過交換聲子（晶格振動的量子）形成電子對（庫珀對），這些電子對的凝聚導致超導態。原則上，其他類型的量子也可以起到類似聲子的作用。例如，銅氧化物高溫超導體中，有人認為兩個電子通過交換順磁振子（磁漲落的量子）可以做到非常規超導。
鐵基高溫超導體中除磁有序及磁漲落外，還存在另一種序：電子向列序。這是一種與液晶相似的性質，即電子向列態破缺晶體的旋轉對稱性。近來，電子向列序的漲落對物性（超導）的影響（作用）成為人們關心的一個重要科學問題。最近，中國科學院科學家團隊——物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心鄭國慶研究組（SC9組）的博士研究生王春光等人通過核磁共振測量發現，在NaFe1-xCoxAs的超導態下存在一個向列量子臨界點（這里電子向列序消失），由此造成的量子漲落導致電子有效質量的增大。這個發現表明，電子向列序的漲落是一種新的量子，它與聲子或順磁振子一樣，對物性有深刻的影響，有助於提高超導的轉變溫度。
在多數鐵基高溫超導體中，反鐵磁和電子向列序的轉變溫度非常接近，由它們外推得出的量子臨界點不可區分。幾年前，該研究組的周睿（現中科院特聘研究員）等人在靳常青研究組（EX5組）合成的NaFe1-xCoxAs樣品上進行核磁共振實驗，證實了該體系中存在反鐵磁序和伴隨結構相變的向列序(Phys. Rev. B 93, 060502(R) (2016).)，並發現這是一個非常獨特的體系。首先，不同於其他鐵基超導體系，該體系的結構相變溫度Ts與反鐵磁相變溫度TN在整個相圖中一直相差很大。其次，該體系只需要2.7%的Co替代量就可以做到最高超導臨界溫度Tc，極大地減小了無序和雜質對量子臨界現象的影響。因此，NaFe1-xCoxAs體系非常適合研究電子向列序的量子臨界現象及它對超導的影響。但是，由於超導相的存在，探測T=0的量子臨界點成為一個非常困難的課題。
最近，兩個研究組通力合作，用核磁共振方法研究零溫London穿透深度λL(0)隨摻雜x的變化。磁場在超導體中形成三角形或四角形的磁通格子，導致超導體內部磁場分布不均勻，空間不均勻的程度取決於London穿透深度，而核磁共振的譜展寬是探測不均勻磁場分布的有力手段。
基於這個原理，研究團隊發現λL(0)2在xM=0.027和xc=0.032處有兩個非常尖銳的峰，如圖1所示。通過測量自旋晶格弛豫率1/T1，他們發現由反鐵磁自旋漲落導致的1/T1在低溫下幾乎不隨溫度變化（圖2），這表明零溫下交錯磁化率發散性地增長，從而確認xM是反鐵磁量子臨界點。
xc是向列序消失的位置，核磁共振和喇曼光譜研究結果都表明，正常態存在很強的向列序漲落。研究團隊還發現，電阻率在這個位置呈現線性溫度關係，進一步證明了向列序量子漲落對物性的影響。λL(0)2是表征零溫性質的物理量，與電子有效質量m*成正比。因此，xc處穿透深度出現的峰說明在該處存在一個向列序的量子臨界點，量子臨界漲落導致m*的急劇增強。
在反鐵磁和向列序量子臨界點不可區分的體系中，Tc隨摻雜存在一個很明顯的峰，其中心位於xM附近。而在NaFe1-xCoxAs體系中，即使遠離xM，Tc也保持較高值且幾乎不隨摻雜變化，說明向列序的漲落可以增強超導配對。
這項研究首次提供了超導態下存在向列序量子臨界點的確鑿證據，為理解高溫超導機理提供了新的線索。相關研究結果已經發表於《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett. 121, 167004 (2018)）。
該工作得到國家自然科學基金（課題號11634015）、科技部（課題號2017YFA0302904， 2016YFA0300502）以及中科院先導B專項（XDB07000000）的支持。
圖1：(a)(lambda_{L}^{2}(0))隨摻雜的變化，兩個尖銳的峰表明電子有效質量在該處增大。(b) NaFe1-xCoxAs體系的相圖。Ts為向列序轉變溫度，TN為反鐵磁轉變溫度，Tc是超導轉變溫度。物理量θ是從1/T1得到的參量，用來衡量偏離磁量子臨界點（θ= 0）的距離。
圖2：不同摻雜量樣品中來自反鐵磁漲落貢獻的1/T1c隨溫度的變化。x = 0.027 樣品在低溫不隨溫度變化，表明其是反鐵磁量子臨界點。
（來源：中國科學院）