1、Nature！浙工大成果讓孔道客體“眼見為實(shí)”

浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院電鏡中心朱藝涵、李小年教授團(tuán)隊(duì)，與華南理工大學(xué)韓宇教授團(tuán)隊(duì)、大連化物所郭鵬研究員團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)展了一種基于高斯變跡的單邊帶疊層成像（Gaussian-Apodized Single Side-Band Ptychography，GASSB-Ptycho）的成像新策略，實(shí)現(xiàn)了高保真原子級(jí)成像與多孔材料客體物種的精準(zhǔn)識(shí)別。5月20日，綜合類權(quán)威期刊《Nature》以Article的形式在線刊發(fā)了“High-Fidelity Identification of Guest Species in Porous Materials”這項(xiàng)原創(chuàng)性研究成果。論文的第一單位是浙江工業(yè)大學(xué)，第一作者是化學(xué)工程學(xué)院2022級(jí)本碩博一體化人才培養(yǎng)項(xiàng)目研究生馮啟龍。

本研究揭示了部分相位襯度電子顯微成像過程中產(chǎn)生非本征襯度的物理機(jī)制，發(fā)展了高保真原子級(jí)分辨的電子相位成像技術(shù)，能夠在主客體化學(xué)結(jié)構(gòu)表征等多種重要場(chǎng)景獲得廣泛應(yīng)用。

基于高斯變跡的單邊帶疊層成像原理

該研究還得到了來自浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、溫州肯恩大學(xué)、中科院物理所、上海光源等高校和研究機(jī)構(gòu)相關(guān)團(tuán)隊(duì)的大力支持。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10527-2

2、中國(guó)科大發(fā)現(xiàn)鎳基高溫超導(dǎo)機(jī)制的重要實(shí)驗(yàn)證據(jù)

高溫超導(dǎo)機(jī)理是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的“世紀(jì)難題”。近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)何俊峰教授研究組與南方科技大學(xué)薛其坤院士、陳卓昱副教授研究組合作，在新型鎳基高溫超導(dǎo)的機(jī)理研究中取得重大突破：首次在Ruddlesden-Popper相雙層鎳氧化物高溫超導(dǎo)薄膜中直接觀測(cè)到無節(jié)點(diǎn)超導(dǎo)能隙并發(fā)現(xiàn)電子-玻色子耦合，為鎳基高溫超導(dǎo)機(jī)制的兩個(gè)核心問題“超導(dǎo)能隙對(duì)稱性”和“超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制”提供了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)證據(jù)。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）雜志。

這是2026年至今

中國(guó)科大以第一署名及通訊單位

在Nature、Science、Cell三

大國(guó)際頂尖刊物(CNS)上

發(fā)表的第9篇成果

超導(dǎo)現(xiàn)象自1911年被發(fā)現(xiàn)以來，因其極限電磁性能，成為國(guó)際科學(xué)界的一個(gè)重要研究方向。傳統(tǒng)超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度非常低，極大地限制其應(yīng)用場(chǎng)景。因此，探索高溫超導(dǎo)材料、理解高溫超導(dǎo)機(jī)理成為國(guó)際超導(dǎo)研究的關(guān)鍵科學(xué)問題。超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)之后的一個(gè)世紀(jì)，銅基和鐵基兩類高溫超導(dǎo)材料被發(fā)現(xiàn)；然而，由于高溫超導(dǎo)機(jī)理復(fù)雜，經(jīng)過幾十年的探索仍未破解。近期，鎳基高溫超導(dǎo)的出現(xiàn)，為理解高溫超導(dǎo)機(jī)理提供了新的機(jī)遇。因此，率先獲得鎳基高溫超導(dǎo)機(jī)制的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)證據(jù)成為全球科學(xué)家的最新競(jìng)技場(chǎng)。

新技術(shù)的突破

在前期研究中，南方科技大學(xué)薛其坤院士、陳卓昱副教授研究組在鎳氧化物薄膜中實(shí)現(xiàn)了常壓高溫超導(dǎo)（Nature 640, 641–646 (2025)），為探測(cè)鎳基高溫超導(dǎo)電子結(jié)構(gòu)提供了重要的材料窗口。在本項(xiàng)目研究中，中國(guó)科大與南方科大研究團(tuán)隊(duì)緊密合作。南方科大團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)優(yōu)化高溫超導(dǎo)薄膜生長(zhǎng)，獲得高質(zhì)量樣品。針對(duì)薄膜容易丟失氧進(jìn)而失去超導(dǎo)的技術(shù)“卡點(diǎn)”，中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)牽頭與南方科大團(tuán)隊(duì)聯(lián)合自主研發(fā)了基于液氮的超高真空低溫淬火與樣品傳輸新技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)樣品從深圳到合肥的“超高真空全冷鏈”傳輸。最終，運(yùn)用中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)研制的高分辨率激光角分辨光電子能譜成功實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫超導(dǎo)薄膜樣品的關(guān)鍵電子結(jié)構(gòu)探測(cè)，并結(jié)合上海同步輻射光源形成完備測(cè)量。此項(xiàng)電子結(jié)構(gòu)測(cè)量結(jié)果在Ruddlesden-Popper相雙層鎳氧化物高溫超導(dǎo)薄膜中揭示了“無節(jié)點(diǎn)超導(dǎo)能隙”和“電子-玻色子耦合”現(xiàn)象，為“超導(dǎo)能隙對(duì)稱性”和“超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制”這兩個(gè)高溫超導(dǎo)核心問題的理解提供了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

圖1.團(tuán)隊(duì)正在調(diào)試真空系統(tǒng)。（從左到右：何俊峰教授、博士生沈建昌、博士生繆宇）/中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)新聞中心 周欣宇拍攝

圖2.團(tuán)隊(duì)正在調(diào)試激光角分辨光電子能譜。（從左到右：何俊峰教授、博士生 繆宇 、博士生 沈建昌 ）/中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)新聞中心 周欣宇拍攝

無節(jié)點(diǎn)超導(dǎo)能隙的發(fā)現(xiàn)

在高溫超導(dǎo)研究中，國(guó)際公認(rèn)“超導(dǎo)能隙對(duì)稱性”對(duì)于高溫超導(dǎo)機(jī)制的理解具有里程碑意義。因此，在新型鎳基高溫超導(dǎo)中探索“超導(dǎo)能隙對(duì)稱性”成為當(dāng)前國(guó)際高溫超導(dǎo)研究的最前沿。具體而言，超導(dǎo)能隙在動(dòng)量空間中是否有“節(jié)點(diǎn)”（超導(dǎo)能隙大小為0的點(diǎn)），是揭示超導(dǎo)能隙對(duì)稱性的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)Ruddlesden-Popper相雙層鎳氧化物 (La,Pr,Sm)3Ni2O7超導(dǎo)薄膜展開電子結(jié)構(gòu)測(cè)量，利用高分辨率的激光角分辨光電子能譜觀測(cè)到超導(dǎo)準(zhǔn)粒子相干峰，并進(jìn)一步揭示超導(dǎo)能隙大小及其動(dòng)量依賴，發(fā)現(xiàn)在材料整個(gè)動(dòng)量空間（布里淵區(qū)）中沒有能隙節(jié)點(diǎn)。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果與d波節(jié)點(diǎn)能隙不同，與s波（s±）超導(dǎo)能隙對(duì)稱性更為符合。

圖3.無節(jié)點(diǎn)超導(dǎo)能隙示意圖。

電子-玻色子耦合的發(fā)現(xiàn)

在高溫超導(dǎo)中，“電子配對(duì)”是形成超導(dǎo)的關(guān)鍵一步。理解電子如何配對(duì)也是解決高溫超導(dǎo)機(jī)制的一個(gè)核心問題。理論認(rèn)為，本應(yīng)當(dāng)相互排斥的兩個(gè)電子可能以某種玻色子為媒介（膠水），通過“電子-玻色子耦合”實(shí)現(xiàn)配對(duì)。研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)Ruddlesden-Popper相雙層鎳氧化物 (La,Pr,Sm)3Ni2O7超導(dǎo)薄膜電子結(jié)構(gòu)測(cè)量，在電子能帶色散中發(fā)現(xiàn)了費(fèi)米能級(jí)以下~70 meV處的能帶扭折--這是電子-玻色子耦合的典型譜學(xué)特征。通過定量分析，研究團(tuán)隊(duì)確認(rèn)了電子-玻色子耦合的存在。值得強(qiáng)調(diào)的是：類似的電子-玻色子耦合在銅基高溫超導(dǎo)中也存在。因此，這一現(xiàn)象在鎳基高溫超導(dǎo)中的發(fā)現(xiàn)展現(xiàn)出重要的普適性，對(duì)理解高溫超導(dǎo)電子配對(duì)機(jī)制提供了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

圖4.電子-玻色子耦合的發(fā)現(xiàn)。

上述研究成果于2026年5月21日在Science雜志線上發(fā)表，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)為論文第一單位。在本項(xiàng)合作研究中，何俊峰教授負(fù)責(zé)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究工作，薛其坤院士和陳卓昱副教授負(fù)責(zé)南方科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究工作。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生沈建昌、繆宇、歐志鵬，南方科技大學(xué)副研究員周廣迪、助理研究員李鵬為論文共同第一作者。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)何俊峰教授、南方科技大學(xué)薛其坤院士和陳卓昱副教授為論文共同通訊作者。該研究得到科技部、教育部、基金委等項(xiàng)目支持。

圖5.研究團(tuán)隊(duì)合影。（從左到右：碩士生孫鴻緒、博士生歐志鵬、博士生沈建昌、何俊峰教授、博士生繆宇、博士生欒潤(rùn)青、博士生勇欣茹）/中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)新聞中心 周欣宇拍攝

論文鏈接：

DOI：10.1126/science.adw8329

3、華科大成果，再登Science！

5月22日，《科學(xué)》加速發(fā)表（First Release）我校生命學(xué)院朱斌教授團(tuán)隊(duì)與武漢大學(xué)藥學(xué)院王隆飛教授團(tuán)隊(duì)的合作研究成果“DNA Polymerization Activates RNA Cleavage of an RT-like Antiviral Enzyme”。該研究首次揭示了一種通過DNA合成激活RNA切割的多功能抗病毒核酸酶DRT4。

與人類擁有復(fù)雜的免疫系統(tǒng)抵御病毒入侵類似，細(xì)菌等原核生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中也演化出多種精巧的抗病毒防御體系。除了已被深入解析的限制修飾系統(tǒng)和CRISPR-Cas系統(tǒng)外，近年來，一類名為DRT（防御相關(guān)逆轉(zhuǎn)錄酶，Defense-associated Reverse Transcriptase）的免疫系統(tǒng)因其機(jī)制與“中心法則”的密切關(guān)聯(lián)及潛在的應(yīng)用價(jià)值而受到廣泛關(guān)注。已知的DRT2、DRT3、DRT9等系統(tǒng)雖展現(xiàn)出非常規(guī)的DNA合成能力，但其抗病毒效應(yīng)始終依賴于逆轉(zhuǎn)錄酶的核心功能——DNA合成。因此，一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題懸而未決：DRT家族中是否存在成員能夠通過DNA合成以外的新功能實(shí)現(xiàn)免疫防御？

自2020年起，朱斌便對(duì)這一領(lǐng)域產(chǎn)生了濃厚興趣。為了進(jìn)一步揭示DRT系統(tǒng)可能存在的新型抗病毒機(jī)制，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開啟了對(duì)DRT家族“生物學(xué)敘事”的續(xù)寫與完善。基于課題組在聚合酶與核酸酶領(lǐng)域的長(zhǎng)期研究積累，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)DRT4系統(tǒng)開展了系統(tǒng)的生物化學(xué)與酶學(xué)分析，取得了突破性發(fā)現(xiàn)：DRT4不僅具備DNA聚合活性，還具有兩種與核酸合成方向相反的切割功能——DNA外切酶活性和RNA內(nèi)切酶活性。研究首次證實(shí)，RNA切割才是DRT系統(tǒng)發(fā)揮抗病毒作用的關(guān)鍵效應(yīng)機(jī)制。

通過一系列結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究，團(tuán)隊(duì)成功闡明了DRT4如何將DNA合成信號(hào)轉(zhuǎn)化為RNA切割活性的精巧分子機(jī)制。生化與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)共同揭示了其完整的抗病毒工作模型：在正常生理狀態(tài)下，DRT4的DNA聚合活性與外切酶活性處于動(dòng)態(tài)平衡，其所合成的短鏈單鏈DNA被限制在聚合活性口袋內(nèi)，系統(tǒng)保持靜默；當(dāng)烈性噬菌體入侵后，細(xì)胞內(nèi)作為病毒基因組復(fù)制原料的dNTP濃度迅速升高，導(dǎo)致DNA聚合活性超過外切活性，DNA鏈得以持續(xù)延長(zhǎng)并摻入dG或dA。隨著DNA長(zhǎng)度增加，其末端從聚合口袋中翻出，同時(shí)結(jié)合其中的dGTP發(fā)生構(gòu)象翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)蛋白整體結(jié)構(gòu)重排，最終在六聚體界面形成一個(gè)全新的RNA內(nèi)切酶活性位點(diǎn)。該酶隨即廣泛切割宿主與噬菌體的RNA，導(dǎo)致細(xì)胞代謝停滯，從而有效阻斷病毒復(fù)制。

這一發(fā)現(xiàn)不僅首次將RNA切割確立為DRT系統(tǒng)的抗病毒執(zhí)行機(jī)制，也大幅拓展了DRT家族的功能版圖，提示其他DRT成員也可能通過尚未被發(fā)現(xiàn)的非合成功能實(shí)現(xiàn)免疫防御。同時(shí)，該研究揭示了逆轉(zhuǎn)錄酶在核酸代謝演化中的核心地位——它不僅能催化核酸合成，還可演化出核酸切割能力，體現(xiàn)了生命分子機(jī)器在進(jìn)化上的高度可塑性。

DRT4抗病毒機(jī)制模型

該發(fā)現(xiàn)同時(shí)暗示逆轉(zhuǎn)錄酶在核酸代謝功能演化中的核心地位，其可以向核酸合成和切割兩個(gè)相反方向演化。特異性的DNA從頭合成與長(zhǎng)度監(jiān)控、特異性的RNA加工性能、以及二者的精密聯(lián)系賦予DRT4及其同源酶在DNA合成、DNA存儲(chǔ)、RNA加工、基因編輯及分子感知等技術(shù)中的應(yīng)用潛力。該工作填補(bǔ)了DRT系統(tǒng)研究中的機(jī)制空白，將原本斷裂的生物學(xué)邏輯鏈條完整銜接，真正實(shí)現(xiàn)了一個(gè)“信號(hào)感知-安全調(diào)控-效應(yīng)輸出”的閉環(huán)免疫模型。

我校博士研究生榮雪君、武漢大學(xué)肖軍博士、我校博士研究生趙新元、我校閆艷博士與武漢大學(xué)李靜博士為論文共同第一作者，我校朱斌教授、武漢大學(xué)王隆飛教授、我校博士研究生王雄略為共同通訊作者，華中科技大學(xué)為論文第一單位。

朱斌課題組專注于“核酸酶的博物學(xué)”研究，利用分子水平的生物多樣性及課題組長(zhǎng)期堅(jiān)持的生物化學(xué)與酶學(xué)方法發(fā)現(xiàn)前所未見的核酸酶功能，探索新奇核酸酶涉及的生物學(xué)新機(jī)制并開發(fā)其應(yīng)用。近年來發(fā)現(xiàn)多種新型核酸酶，基于此揭示了Gabija、E2-CBASS、DRT4等新型原核生物免疫系統(tǒng)機(jī)制，論文發(fā)表于Science、Nature、Nature Microbiology、Cell Host & Microbe等期刊，原創(chuàng)成果已由相關(guān)企業(yè)轉(zhuǎn)化為Ice LakeTM RNA polymerase、Clean T7TM RNA polymerase、T7 RNA polymerase 2.0等商業(yè)化RNA合成工具酶。

4、Science+1！交大丁洪院士團(tuán)隊(duì)，最新實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)！

近日，上海交通大學(xué)李政道研究所李政道講席教授丁洪院士帶領(lǐng)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)以長(zhǎng)文（Research Article）形式在Science上發(fā)表題為“Observation of quantum vortex core fractionalization and skyrmion formation in a superconductor”的文章，上海交通大學(xué)李政道研究所和物理與天文學(xué)院為第一通訊單位。博士生鄭渝（指導(dǎo)老師嚴(yán)智明）、博士后胡全欣（指導(dǎo)老師丁洪）為共同第一作者。胡全欣、呂佰晴副教授、嚴(yán)智明副教授、丁洪教授為共同通訊作者，李政道研究所Vadim Grinenko教授、袁凡奇副教授、博士后籍海嬌、博士生李勇偉和高燁，瑞典皇家理工學(xué)院Egor Babaev教授和博士生Igor Timoshuk，中國(guó)科學(xué)院物理研究所武睿副研究員、工程師于鑫和博士后徐翰翔，北京師范大學(xué)魯興業(yè)教授為文章的共同作者。

該工作同時(shí)得到了懷柔綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置的用戶機(jī)時(shí)支持、并獲得科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金、騰訊新基石科學(xué)基金會(huì)、上海市科委、上海量子科學(xué)研究中心，中國(guó)博士后基金和上海交通大學(xué)的資助。

圖一 “復(fù)合渦旋”劈裂為分?jǐn)?shù)渦旋并形成超導(dǎo)斯格明子

磁通渦旋是超導(dǎo)物理中最重要的概念之一。1957 年，Abrikosov 理論預(yù)言，在第二類超導(dǎo)體中，外加磁場(chǎng)可以以磁通渦旋晶格的形式進(jìn)入材料；這一開創(chuàng)性貢獻(xiàn)后來成為其獲得 2003 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的重要基礎(chǔ) [1]。1961 年，M.Fairbank [2] 和 M.N?bauer [3] 分別在實(shí)驗(yàn)上獨(dú)立發(fā)現(xiàn)渦旋磁通滿足量子化條件, 同年，楊振寧從理論上指出，磁通量以為單位量子化是由于超導(dǎo)體中電子配對(duì)導(dǎo)致 [4]。此后，“磁場(chǎng)以整數(shù)磁通量子渦旋的形式進(jìn)入第二類超導(dǎo)體”成為超導(dǎo)物理中的普遍認(rèn)知：每個(gè)孤立渦旋通常攜帶一個(gè)完整的量子磁通，并表現(xiàn)為具有穩(wěn)定、可移動(dòng)核心的拓?fù)淙毕荨?/strong>

這一經(jīng)典圖像也引出了一個(gè)更深層次的問題：超導(dǎo)渦旋是否只能以整數(shù)磁通量子的形式存在？在傳統(tǒng)單分量超導(dǎo)體中，渦旋的相位繞轉(zhuǎn)與磁通量子化緊密綁定，因此孤立渦旋通常只能攜帶整數(shù)倍的量子磁通。然而，在多帶或多分量超導(dǎo)體中，磁通渦旋會(huì)變得更復(fù)雜。早在2002年，瑞典皇家理工學(xué)院的Egor Babaev教授便從理論上指出 [5]，多分量超導(dǎo)體具有多個(gè)相位自由度，渦旋的相位繞轉(zhuǎn)可以只發(fā)生在某一個(gè)超導(dǎo)分量中，從而形成攜帶部分量子磁通的分?jǐn)?shù)磁通渦旋。分?jǐn)?shù)磁通渦旋在基礎(chǔ)物理中具有重要意義。早在任意子理論發(fā)展的早期，人們就認(rèn)識(shí)到，二維體系中的電荷—分?jǐn)?shù)磁通復(fù)合體可以表現(xiàn)出介于玻色子和費(fèi)米子之間的分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)行為 [6]。因此，分?jǐn)?shù)化渦旋不僅是理解分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)的重要原型之一，也被認(rèn)為可能與拓?fù)淞孔佑?jì)算密切相關(guān)。

然而，如何在真實(shí)材料中實(shí)現(xiàn)具有核心奇點(diǎn)、并能夠移動(dòng)和重組的分?jǐn)?shù)磁通渦旋，長(zhǎng)期以來一直是凝聚態(tài)物理中的重要挑戰(zhàn)。在多帶超導(dǎo)體中，分?jǐn)?shù)磁通渦旋通常并不能自由分離：由于它們耦合于同一矢勢(shì)場(chǎng)，并彼此受到帶間約瑟夫森耦合的約束，不同分?jǐn)?shù)磁通渦旋之間往往存在隨分離距離近似線性增長(zhǎng)的，類似于夸克之間吸引力的有效吸引相互作用。因此，它們通常會(huì)被束縛在一起，形成攜帶一個(gè)整數(shù)量子磁通的“復(fù)合渦旋”。換言之，分?jǐn)?shù)磁通渦旋在多帶超導(dǎo)體中長(zhǎng)期處于一種“理論上允許、實(shí)驗(yàn)上難以實(shí)現(xiàn)”的類“夸克禁閉”狀態(tài)。要實(shí)現(xiàn)其空間分離，必須找到一種能夠穩(wěn)定渦旋分裂的物理機(jī)制。

破缺時(shí)間反演對(duì)稱性的多帶超導(dǎo)體為此提供了一種可能。除通常的規(guī)范對(duì)稱性之外，這類超導(dǎo)態(tài)還會(huì)破缺與時(shí)間反演相關(guān)的 Z2 離散對(duì)稱性，其自發(fā)破缺可產(chǎn)生疇壁。當(dāng)一個(gè)復(fù)合渦旋與疇壁相交時(shí)，疇壁附近的相對(duì)相位結(jié)構(gòu)可以緩解帶間約瑟夫森耦合導(dǎo)致的相位阻挫，從而促使復(fù)合渦旋分裂為多個(gè)分?jǐn)?shù)磁通渦旋 [7]。盡管這一理論圖像極具吸引力，但長(zhǎng)期以來缺乏真實(shí)材料中的直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。近年來，Vadim Grinenko教授及其合作者利用 μSR 和輸運(yùn)測(cè)量等手段，實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)多帶超導(dǎo)體 Ba1-xKxFe2As2 在 x = 0.77 附近具有破缺時(shí)間反演對(duì)稱性的 s ± is 超導(dǎo)態(tài) [8,9]；斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)隨后利用掃描超導(dǎo)量子干涉儀在該體系中觀測(cè)到孤立的攜帶分?jǐn)?shù)量子磁通的渦旋 [10]。然而，分?jǐn)?shù)磁通渦旋如何從復(fù)合渦旋中形成和分離，以及其核心結(jié)構(gòu)的演化，仍缺乏直接的實(shí)空間和譜學(xué)證據(jù)。

圖二 122型鐵基超導(dǎo)體不同的解理面

2023年，丁洪教授帶領(lǐng)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，利用掃描隧道顯微鏡對(duì) Ba1-xKxFe2As2（x = 0.77）開展了深入研究。然而，由于化學(xué)摻雜引入的無序以及122體系極性表面的復(fù)雜性，其具有超導(dǎo)性的解理面存在明顯的表面重構(gòu)和無序，阻礙了對(duì)磁通渦旋的高分辨實(shí)空間成像。令人驚奇的是，研究團(tuán)隊(duì)在同一體系中發(fā)現(xiàn)了另一種解理面——As 解理面（圖二）。該表面具有電荷密度波（CDW），但不表現(xiàn)出表面超導(dǎo)電性。丁洪教授意識(shí)到，該表面 CDW 的形成源于完全暴露的 As 表面失去了上層 Ba/K 原子層的電子補(bǔ)償，從而產(chǎn)生自空穴摻雜效應(yīng)；其表面空穴摻雜水平略高于純 KFe2As2。空穴摻雜使原本位于費(fèi)米能級(jí)下方的鞍點(diǎn)移動(dòng)到費(fèi)米能級(jí)附近，鞍點(diǎn)之間的嵌套進(jìn)一步誘導(dǎo)了 CDW 的形成。該工作已發(fā)表于Nature Communications 16, 253 (2025) [11]。

圖三 “1 × 1” K 解理面顯著的超導(dǎo)增強(qiáng)和多帶超導(dǎo)電性

受到 As 解理面自空穴摻雜效應(yīng)的啟發(fā)，丁洪教授帶領(lǐng)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)而研究整數(shù)化學(xué)計(jì)量比 KFe2As2中的“1 × 1” K 解理面。該表面上額外的 K 原子可向最上層 FeAs 層提供電子摻雜，同時(shí)保持原子級(jí)平整的表面形貌，非常適合開展掃描隧道顯微鏡研究。通過超導(dǎo)譜測(cè)量、準(zhǔn)粒子干涉測(cè)量以及與第一性原理計(jì)算的對(duì)比分析，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)該解理面的超導(dǎo)電性顯著增強(qiáng)，其近表面有效摻雜水平更接近 x ≈ 0.75 的重空穴摻雜區(qū)域（圖三）。這就意味著該截止面有可能像Ba1-xKxFe2As2（x = 0.77）一樣具有更高轉(zhuǎn)變溫度的時(shí)間反演對(duì)稱性破缺的非常規(guī)超導(dǎo)電性，為實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)磁通渦旋提供了可能。

值得一提的是，中國(guó)科學(xué)院物理研究所潘庶亨研究員指導(dǎo)的劉立民與朱長(zhǎng)江的博士論文中，曾于 2021年6月在同一材料體系中報(bào)道過類似的超導(dǎo)增強(qiáng)和渦旋數(shù)目異常增多現(xiàn)象 [12,13]。這一早期觀察為本研究進(jìn)一步探索“1 × 1” K 解理面中的非常規(guī)渦旋行為提供了有益啟發(fā)。

圖四 整數(shù)磁通渦旋劈裂和分?jǐn)?shù)渦旋譜學(xué)特征

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對(duì)渦旋核心結(jié)構(gòu)及其譜學(xué)特征開展系統(tǒng)研究，揭示了分?jǐn)?shù)磁通渦旋的實(shí)空間形貌及其形成超導(dǎo)斯格明子的微觀機(jī)制（圖四）。研究團(tuán)隊(duì)首先通過系統(tǒng)的變溫實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，KFe2As2 “1 × 1” K 解理面上存在兩類截然不同的磁通渦旋：一類渦旋在溫度變化過程中始終保持孤立的整數(shù)渦旋形態(tài)；另一類渦旋在低溫下表現(xiàn)為孤立渦旋，而隨著溫度升高逐漸發(fā)生劈裂。在 4.2 K 時(shí)，部分渦旋可劈裂為兩個(gè)核心，部分則可劈裂為三個(gè)核心；當(dāng)溫度重新降低時(shí)，這些劈裂的渦旋又會(huì)重新合并為一個(gè)孤立渦旋。這種可逆的溫度誘導(dǎo)劈裂—合并行為，揭示了渦旋核心內(nèi)部存在可重構(gòu)的多分量結(jié)構(gòu)。

以上發(fā)現(xiàn)的渦旋劈裂行為也導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的渦旋核心數(shù)目與理論預(yù)測(cè)的不一致，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的渦旋數(shù)目遠(yuǎn)超過理論預(yù)測(cè)。研究團(tuán)隊(duì)通過大量對(duì)比實(shí)驗(yàn)，排除了渦旋—反渦旋對(duì)、快速位置漲落、普通釘扎效應(yīng)等可能解釋。結(jié)合溫度演化、空間分布、渦旋計(jì)數(shù)和譜學(xué)特征，研究團(tuán)隊(duì)將這些劈裂產(chǎn)生的渦旋核心歸因于攜帶部分磁通的分?jǐn)?shù)磁通渦旋。

譜學(xué)測(cè)量進(jìn)一步揭示了整數(shù)渦旋與分?jǐn)?shù)磁通渦旋之間的本質(zhì)差異。與普通整數(shù)渦旋相比，分?jǐn)?shù)磁通渦旋中的渦旋束縛態(tài)信號(hào)明顯更弱，而超導(dǎo)相干峰則更強(qiáng)。這些譜學(xué)特征與“部分核心奇點(diǎn)”的圖像相一致：在分?jǐn)?shù)磁通渦旋核心中，只有部分超導(dǎo)序參量分量消失，而其他分量仍保持有限值。這為渦旋核分?jǐn)?shù)化提供了直接的譜學(xué)證據(jù)。更重要的是，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這些分?jǐn)?shù)磁通渦旋并非隨機(jī)分布，而是傾向于排列成鏈狀結(jié)構(gòu)。理論分析表明，這類由分?jǐn)?shù)磁通渦旋組成的鏈狀結(jié)構(gòu)具有非平庸拓?fù)湫再|(zhì)，形成了一種新的拓?fù)淙毕荨?strong>手性超導(dǎo)斯格明子，其拓?fù)涮卣骺捎?CP2 拓?fù)洳蛔兞靠坍嫛?/p>

該工作將分?jǐn)?shù)磁通渦旋從長(zhǎng)期的理論設(shè)想和間接觀測(cè)推進(jìn)到原子尺度實(shí)空間與譜學(xué)表征階段，不僅為多帶超導(dǎo)體中分?jǐn)?shù)磁通渦旋的形成和手性超導(dǎo)斯格明子提供了直接證據(jù)，而且表明 KFe2As2的“1 × 1”K 解理面在表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜的作用下，可能形成一種二維的、破缺時(shí)間反演對(duì)稱性的超導(dǎo)態(tài)。該超導(dǎo)態(tài)不僅促進(jìn)了渦旋核分?jǐn)?shù)化和 CP2 斯格明子的形成，也為在凝聚態(tài)體系中模擬分?jǐn)?shù)化激發(fā)、線性束縛相互作用、拓?fù)淙毕菪纬梢约邦惪淇私]現(xiàn)象提供了新的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads0189

來源：浙江工業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)