超导作为一种宏观的量子现象，单相超导体的超导转变温度（T_c）应该是各向同性的。只有在某些特殊情况中才能观察到T_c的各向异性。比如，在具有堆叠层（准二维）晶体结构的超导体中，沿着面内和面外方向的T_c不同，或者在具有准一维链结构的超导体中，沿链方向和垂直于链方向之间也存在T_c各向异性。但通常认为，具有堆叠层(准二维)晶体结构的超导体的面内T_c是各向同性的，目前尚未有关于面内T_c各向异性的报道。

最近，清华大学赵永刚研究组在铁电单晶Pb(Mg_1/3Nb_2/3)_0.7Ti_0.3O₃ (PMN-PT)衬底上生长了具有堆叠层（准二维）晶体结构的铁基超导体FeSe_0.5Te_0.5（FST）薄膜，并利用逆压电效应，首次在实验中诱导出了FST薄膜超导转变温度T_c的面内各向异性，即在某一温度范围内，FST薄膜在面内某一个方向展现出超导特性时，与其垂直的方向并不超导。在实验中，制备态的FST薄膜呈四方相，面内晶格参数相等，并未观察到T_c的面内各向异性。然而，当施加电场极化后，压电应变引起了FST薄膜面内晶格参数a、b的差异，同时展示T_c的面内各向异性（图a、b）。并且T_c的面内各向异性与面内晶格参数a、b的差异值密切相关，晶格参数差异值越大，T_c各向异性越显著（图c）。通过实验设计和分析，排除了非本征因素的干扰。为了解释这一奇异现象，研究团队提出了一种基于FST中的电子向列性和本征非均匀超导性协同作用的机制（图d）。

本工作对于揭示非常规超导体的奇异行为及其应用具有重要意义。由于较多非常规超导体具有电子向列性和本征非均匀超导性，在其它非常规超导体中探索类似的行为也将有助于揭示非常规超导体的本质。此外，通过改变面内压电应变的方向，可以使超导体在某一面内方向上实现“超导态”和“非超导态”切换，或面内两个垂直方向间“超导态”和“非超导态”的切换，并且这种效应是非易失的。这种奇异现象可能具有潜在的应用，有助于超导的电场调控效应的应用。

a，极化后0kV/cm时，FST薄膜面内a、b方向电阻率随温度的变化。b，极化后0kV/cm时，FST（101）和FST（011）的XRD图谱。c，T_c的各向异性与晶格各向异性之间的关系。d，弹性电阻系数m11-m12随温度的变化。

该研究成果以“Electric-field-induced in-plane anisotropy of superconducting transition temperature for FeSe_0.5Te_0.5 thin films”为题于2024年3月25日发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。清华大学物理系赵永刚教授为该论文通讯作者，清华大学物理系博士后米菽（现为启元实验室助理研究员）、清华大学2016级物理系博士生高烨（现任职于中微半导体设备公司）为该论文的共同第一作者。论文合作者包括兰州大学张军伟副教授、中国计量科学研究院李劲劲研究员、中科院物理所李建奇研究员、中科院物理所杨槐馨研究员、清华大学张广铭教授、清华大学王亚愚教授等。该工作得到了国家自然科学基金、科技部重点专项等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202404450

供稿｜赵永刚课题组

编辑｜骆洁

审核｜宋灿立