MnP是新近发现的首个锰基超导体，其在外加压力下，它们的最高超导温度约为1K。其特别之处在于其超导相紧邻磁有序相，这和铜基及铁基超导体的相图非常类似，被普遍认为极可能具有非常规超导机理，磁性在超导形成中可能起关键作用。另一方面，MnP的磁性为螺旋磁性，这和其他非常规超导体中绝大多数为共线反铁磁性的特性非常不同，因此，螺旋磁性的在超导中作用是一个非常受关注的课题。澄清电子轨道、电荷和磁性的关系对理解其螺旋磁性来源及超导机理非常重要。最近，我们利用软X光共振散射（Resonant Elastic Soft X-ray Scattering, 简称REXS）研究了MnP中的量子序。这种手段可以直接探测3d电子的轨道有序、电荷有序和磁有序。我们的共振软X射线散射实验发现了MnP中新颖的螺旋轨道密度波（ODW）有序，并揭示了不同有序相相互交织的现象。特别地，ODW以自旋有序的一半周期形成，并且在自旋有序温度之上产生，这类似于铁基超导体的向列相的行为。此外我们发现它们的畴界是同时发展的，但自旋顺序畴界却比ODW的畴界更大，并且在1/3自旋有序周期中协同产生另一个ODW。这些结果给出了在这个三维、低对称性体系中的各种有序态之间相互作用的全面描述，并为理解其超导机制提供了启示。相关文章发表于Phys. Rev. X 9, 021055 (2019).

图：MnP中自旋序和轨道序的关联现象

Majorana零能模是超导体中的一种奇异激发态。由于它遵守非阿贝尔统计，从而有可能用来实现拓扑量子计算，受到人们广泛关注。最近人们在高Tc铁基超导体Fe(Se,Te)和(Li,Fe)OHFeSe磁通中发现了Majorana零能模重要标志：零偏压电导峰。然而Majorana零能模还应具有另一个重要特征：电导量子化（G0=2e2/h）。这是由具有空穴-粒子对称性的Majorana零能模的共振Andreev反射造成的。电导量子化的零能模在超导纳米线中曾有报导，但在拓扑超导体的磁通中还未曾被发现。
最近我们与物理所董晓莉研究组合作，在(Li,Fe)OHFeSe磁通中发现了Majorana零能模的量子化电导。工作利用了高能量分辨的极低温STM（电子温度160mK），隧道谱显示出清晰尖锐的零能峰，其半宽度仅0.1meV。通过逐步减小隧道势垒，零能峰电导逐渐增大，最后达到G0，且在一定势垒范围维持G0不变，出现量子化电导平台（图1）。同时隧道谱的谱型也发生变化：在电导未达到G0之前，零能峰的强度最大；而到达G0后，零能峰高度一度停止增加，非零磁通态开始在强度上超过零能峰，这反映了零能峰是电导量子化的，而其它非零态是拓扑平凡的磁通态。该工作同时说明只要隧道势垒足够低，在非零温下也可以实现零能模的共振Andreev反射。该结果为进一步发展基于Majorana零能模的拓扑量子计算提供了重要信息。相关文章发表于Chin. Phys. Lett. 36, 057403 (2019) (express letter)。

图：(Li,Fe)OHFeSe磁通中发现Majorana零能模量子化电导。

氧化物上的单层FeSe薄膜有着铁基超导及单层薄膜的超导转变温度记录，其界面超导的研究被誉为“超导的新前沿”。然而，尽管在过去几年涌现出大量的研究工作， FeSe/STO高温超导的背后机理方面仍然缺乏判据性的实验， 存在很大的争议，FeSe/STO为何会出现高温超导仍然是一个谜题。在过去两年中，我们对大量高质量的FeSe/STO样品进行了系统的研究。通过ARPES和EELS实验来研究体系的氧同位素效应，我们直接证明电子结构上的卫星峰源于FeSe中的电子与界面的光学支声子的相互作用。 超导能隙的大小与界面电声子相互作用的强度线性相关，而并非BCS型的指数相关，表明界面前向电声子相互作用与超导直接相关。其高温超导由两部分共同贡献：一部分类似于重度电子掺杂的FeSe材料的自旋/轨道涨落导致，贡献约46K的超导，而界面电声子相互作用在此基础上实现超导的进一步提升。这个实验结果不仅解答了单层FeSe/STO高温超导的谜题，而且第一次从实验上表明界面前向电声子相互作用可以在关联体系的超导中扮演重要的角色，提高非常规超导的超导转变温度。这将加深我们对现有层状高温超导材料中的高温机理的理解，并有利于构建新的界面高温超导体系。该工作发表在Nat Commun, 10, 758 (2019)。

图 单层FeSe/STO中超导能隙与界面电声子耦合强度线性相关

对122 类FeAs超导体，其母体和轻掺杂区域普遍存在(π, 0)方向的向列型 (nematic)电子态。这种nematic态一般认为与母体(π, 0)“条形”反铁磁序密切相关。经掺杂，反铁磁长程序被压制，而(π, 0)反铁磁涨落理论上会导致s±波配对。因此nematic电子态和超导电性可能有深刻联系，但目前仍没有统一认识。理论上，当Fe价态接近3d5时，体系会进入强关联的Mott反铁磁态（类似铜氧化物）。此时系统电子态和超导电性的演化非常具有研究价值，但这需要极高的空穴掺杂才能实现。在该工作中，我们研究了一种具有最高空穴掺杂的铁基超导体RbFe2As2，它具有3d5.5的价态。实验发现它具有一种新型的(π, π)方向的nematic电子态，不同于母体(π, 0)方向的nematic态（图2）。并且高分辨的隧道谱显示它的超导能隙沿着Fe晶格的[110]方向具有节点，所以很可能是一种d波配对。该实验结果表明新型(π, π)方向nematic电子态与d波配对有内在关联，可能与该体系接近Mott反铁磁态有关。因此该实验为揭示反铁磁序、nematic电子态和超导电性之间关联提供了新的研究平台。相关实验结果发表于Nat. Commmu. 10, 1039 (2019)。

图：122 FeAs超导体相图，(π, π) nematicity是文中新发现的电子态。