在一项突破性实验中，格罗宁根大学的研究人员与来自荷兰奈梅亨大学、屯特大学和中国哈尔滨工业大学的同行合作。他们共同证实了 2017 年首次预测的超导状态的存在。他们的研究结果证明了一种独特形式的 FFLO 超导态，最近发表在《自然》（Nature）杂志上。这一突破有可能产生重大影响，尤其是在超导电子学领域。

这是荷兰格罗宁根大学复杂材料设备物理学组组长、《自然》杂志有关 FFLO 超导态论文的第一作者叶毅教授、博士。图片来源：Sylvia Germes

该论文的第一作者是格罗宁根大学复杂材料设备物理学组组长叶毅教授。叶教授和他的团队一直在研究伊辛超导态。这是一种特殊的状态，可以抵抗通常会破坏超导性的磁场，该团队在 2015 年对其进行了描述。

2019 年，他们创造了一种由双层二硫化钼组成的装置，可以将驻留在两层中的伊辛超导态耦合在一起。有趣的是，Ye 和他的团队创造的装置可以利用电场打开或关闭这种保护，从而形成一个超导晶体管。

耦合伊辛超导体装置揭示了超导领域一个长期存在的难题。1964 年，四位科学家（富尔德、费雷尔、拉尔金和奥夫钦尼科夫）预言了一种在低温和强磁场条件下可能存在的特殊超导状态，即 FFLO 状态。

在标准超导电性中，电子作为库珀对以相反的方向运动。由于它们以相同的速度运动，这些电子的总动量为零。然而，在 FFLO 状态中，库珀对中的电子之间存在微小的速度差，这意味着存在净动量。

叶毅教授介绍说："这种状态非常难以捉摸，只有少数文章声称它存在于普通超导体中。"然而，这些文章都不是结论性的。

这个相图描述了六折各向异性轨道 FFLO 状态的存在，它占据了相图的很大一部分。右上角的示意图展示了超导阶参数的空间调制。资料来源：P. Wan / 格罗宁根大学

要在传统超导体中产生 FFLO 状态，需要一个强磁场。但磁场的作用需要仔细调整。简单地说，要让磁场发挥两种作用，我们需要利用泽曼效应。这可以根据自旋方向（磁矩）来分离库珀对中的电子，而不是轨道效应--通常会破坏超导性的另一种作用。

"这就像超导性与外部磁场之间的微妙谈判。"

第一作者 Puhua Wan 制作的样品满足了证明库珀对中确实存在有限动量的所有要求。资料来源：P. Wan / 格罗宁根大学

叶和他的合作者于2015年在《科学》（Science）杂志上介绍并发表的伊辛超导抑制了泽曼效应。他说："通过过滤掉使传统FFLO成为可能的关键成分，我们为磁场发挥其另一个作用（即轨道效应）提供了充足的空间。我们在论文中展示的是轨道效应驱动的 FFLO 状态在我们的伊辛超导体中的清晰指纹，这是一种非常规的FFLO态，2017年首次在理论上被描述。"

传统超导体中的FFLO态需要极低的温度和极强的磁场，因此很难产生。然而，在叶教授的伊辛超导体中，只需较弱的磁场和较高的温度就能达到这种状态。

事实上，2019 年，研究人员首次在他的二硫化钼超导装置中观察到 FFLO 状态的迹象："当时我们无法证明这一点，因为样品不够好。不过，他的博士生万普华后来成功制作出了符合所有要求的材料样品，证明库珀对中确实存在有限动量。实际实验花了半年时间，但对实验结果的分析又花了一年时间。"

这种新的超导状态还需要进一步研究。还有很多东西需要了解。例如，动量如何影响物理参数？研究这种状态将为超导提供新的见解。这或许能让我们在晶体管等设备中控制这种状态。这是物理学家们的下一个挑战。