鐵基超導(dǎo)體是一類具有高溫超導(dǎo)性質(zhì)的材料，它們的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可以達(dá)到幾十甚至上百開爾文。這些材料的一個(gè)共同特征是，在超導(dǎo)相之前，它們會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電子性質(zhì)的對(duì)稱性破缺，即電子向列相或者稱為電子向列液晶相。在這個(gè)相中，電子系統(tǒng)會(huì)自發(fā)地從四方對(duì)稱降低到正交對(duì)稱，從而導(dǎo)致晶格也發(fā)生畸變。這種對(duì)稱性破缺的機(jī)制是什么？是由自旋還是軌道引起的？這些問題一直是鐵基超導(dǎo)體研究中的重要課題。

在鐵基超導(dǎo)體中，最簡(jiǎn)單也最神秘的一個(gè)代表是硒化鐵(FeSe)。它的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度只有9K，但是在壓力或者界面效應(yīng)的作用下，可以提高到幾十甚至上百開爾文。FeSe在90K左右會(huì)發(fā)生一個(gè)電子向列相變，但是與其他鐵基超導(dǎo)體不同的是，它沒有伴隨著磁性相變。這意味著FeSe中的電子向列相變可能有著不同于其他鐵基超導(dǎo)體的起源和機(jī)制。

為了揭示FeSe中電子向列相變的本質(zhì)，一種有效的方法是測(cè)量軌道占據(jù)數(shù)的各向異性，即軌道極化。軌道極化反映了不同軌道上電子分布的不均勻性，它可以作為電子向列相變的一個(gè)重要指標(biāo)。然而，要測(cè)量軌道極化并不容易，因?yàn)樗c晶格畸變有著密切的聯(lián)系。晶格畸變會(huì)引起晶場(chǎng)劈裂，從而影響軌道占據(jù)數(shù)。因此，要區(qū)分軌道極化和晶格畸變的貢獻(xiàn)，需要一種能夠同時(shí)控制和測(cè)量晶格應(yīng)變和軌道占據(jù)數(shù)的方法。

最近，一篇發(fā)表在《自然材料》上的論文提出了這樣一種方法，并且成功地測(cè)量了FeSe中的自發(fā)軌道極化。這篇論文的作者利用X射線線偏振(XLD)技術(shù)，在Fe K邊緣處測(cè)量了FeSe樣品在不同應(yīng)力和溫度下的吸收光譜。XLD技術(shù)可以敏感地探測(cè)不同軌道上電子占據(jù)數(shù)的各向異性，從而反映出軌道極化的大小和方向。同時(shí)，作者還利用X射線衍射(XRD)技術(shù)，精確地測(cè)量了樣品在不同應(yīng)力下的晶格應(yīng)變狀態(tài)。通過結(jié)合XLD和XRD技術(shù)，作者可以實(shí)現(xiàn)對(duì)晶格應(yīng)變和軌道極化的同時(shí)調(diào)控和檢測(cè)。

作者發(fā)現(xiàn)，在FeSe樣品中，在電子向列相變溫度Ts以下，存在著一個(gè)與晶格應(yīng)變無關(guān)、自發(fā)產(chǎn)生的軌道極化，表明軌道極化是電子向列相變的主要序參量。此外，作者還發(fā)現(xiàn)，在Ts以上，軌道極化的可極化性隨著溫度降低而發(fā)散，表明軌道極化是電子向列相變的驅(qū)動(dòng)力。這些結(jié)果為理解FeSe中電子向列相變的起源和機(jī)制提供了有力的證據(jù)。

這篇論文的工作展示了一種新穎的測(cè)量軌道極化的方法，也揭示了FeSe中電子向列相變的軌道本質(zhì)。這對(duì)于深入理解鐵基超導(dǎo)體中的電子向列相變和超導(dǎo)機(jī)制具有重要的意義。