近日，浙江师范大学物电学院新型功能材料团队教师陈晨联合复旦大学物理系张童教授、上海科技大学封东来教授、南京大学王锐教授、中科院物理所董晓莉教授，在超导体磁通钉扎的微观机理研究上取得新进展，并以“Revealing the Microscopic Mechanism of Elementary Vortex Pinning in Superconductors”为题发表于Physical Review X 期刊（SCI一区TOP）。陈晨为第一作者，中科院物理所博士生刘樾、南京大学博士生陈昀为共同第一作者，张童、封东来、王锐为共同通讯作者，相关研究得到了物电学院陈飞、穆尼赛·努尔麦麦提、周靖等老师的大力帮助和支持，并获得了国家自然科学基金等项目的资助。

超导体最重要的性质之一是可以无电阻的传导电流。然而对于实用超导材料（一般为第二类超导体），外电流会驱动磁通涡旋（vortex）运动而产生电阻。所幸的是人们发现超导体的缺陷可以阻止磁通运动，即磁通钉扎效应（Vortex Pinning）。磁通钉扎是超导体临界电流的实际决定因素，它使得超导的强电应用，比如超导磁体、超导输电等成为可能。高温超导磁悬浮现象也正是磁通钉扎的宏观体现。因此提高钉扎强度一直是实用超导材料研究的核心问题。但缺陷为什么可以钉扎磁通呢？长期以来人们对此只有唯象层面的理解（认为缺陷导致的非超导区域产生了钉扎），而其底层的物理机制并不清楚。

图：磁通钉扎的微观机理。(a) 层状超导体磁通钉扎示意图。(b)单磁通涡旋附近的磁场、能隙和束缚态分布。(c) 11T磁场下FeSe超导层磁通成像，绿色箭头指向被钉扎磁通，黄色箭头指未钉扎的“自由”磁通。(d) 钉扎和自由磁通中心的隧道谱对比。(e) 跨越钉扎磁通中心的隧道谱。(f) 钉扎磁通偏移导致钉扎能变化，可导出钉扎力。(g) 模型计算得到钉扎磁通中局域序参量增强。(h) 钉扎磁通中束缚态的移动。

本研究对(Li,Fe)OHFeSe和单层FeSe的磁通涡旋开展了细致的研究，发现FeSe层点缺陷可对单磁通形成有效钉扎，这是磁通钉扎的最基本形式（元钉扎）。高分辨隧道谱显示缺陷和磁通态相互作用使低能的磁通态远离费米能级，这降低了磁通消耗的凝聚能，是产生钉扎的直接原因。通过改变外磁场来微调钉扎磁通的位置，计算钉扎能的空间变化导出了微观钉扎力，该微观钉扎力与样品临界电流给出的宏观钉扎力定性一致。基于实验观测提出了描述磁通钉扎的微观机制，即杂质对磁通准粒子态的散射降低了磁通态的能量，而散射势强度是决定钉扎能的关键。这超越了传统的唯像理解，为设计寻找强钉扎中心来提高超导体临界电流提供了依据。

物电学院新型功能材料团队由负责人穆尼赛·努尔麦麦提，成员陈飞、陈晨组成。主要研究体系包括高温超导体、拓扑材料、磁性材料等新型材料，并利用角分辨光电子能谱、扫描隧道显微镜、输运测量等实验方法研究材料的电子结构和相关的新奇量子态等，相关研究成果曾发表在Physical Review Letters、Physical Review X、Science Advances 等期刊，现主持国家自然科学基金青年基金C类项目、面上项目。

编辑：武艳