超导电性指的是材料在特定的转变温度之下，电阻完全消失的现象。以Hg、Pb和Nb₃Sn等简单金属和合金为代表的的传统超导体的发现已经有超过百年的历史。超导电性自发现以来一直是基础物理和应用研究的重要问题。由于超导电流总是由电子对（库珀对）携带，因此理解超导机理的关键问题之一是确定超导电子配对的机理和对称性。传统超导机理可以用巴丁、库珀和施里弗三位科学家发展的BCS理论来理解，该理论认为电声相互作用是导致传统超导体电子配对的原因，其配对对称性是各项同性的s波。一般认为，基于BCS理论的大部分传统超导体在常压下转变温度都低于40K。

1986年和2008年相继发现的铜氧化物和铁基高温超导体的超导转变温度可以远高于40K，这对基于简单电声相互作用的BCS理论提出了挑战。因此理解高温超导电子配对的机理需要新的角度。由于高温超导电性总是发生在磁不稳态附近，因此磁（自旋）涨落被广泛的认为和高温超导电子配对有密切关系。

在高温超导体中，中子散射实验观测到的中子-自旋共振模是自旋涨落和高温超导电性有密切关系的一个重要证据。中子-自旋共振模指的是出现在超导能隙以下的局域尖锐自旋激发，它随温度变化表现出超导序参量的行为。一般理论认为共振模的出现表明连接共振模波矢的费米面上的超导配对波函数存在变号。以铁砷类高温超导体为例，其布里渊区中心和边界上有形状相似的空穴和电子费米面，自旋共振模出现在这两种费米面的嵌套散射波矢上，表明铁砷类超导体中的超导配对对称性很可能是电子和空穴费米面上变号的s波，而电子和空穴费米面之间的自旋涨落可能对超导配对起到了关键作用。

但是，上述模型在KFe₂As₂超导体中遇到了困难，作为一个特殊的重空穴掺杂的铁砷超导体，KFe₂As₂中只有空穴费米面，没有电子费米面。此时基于空穴和电子型费米面之间的嵌套散射模型已不再适用。结合KFe₂As₂中费米面上的超导能隙存在节点的特点，有研究指出该体系的配对对称性是d波，而不是s波。

最近赵俊课题组成功的生长了大尺度高质量的KFe₂As₂单晶。 并用高分辨冷中子散射对KFe₂As₂单晶中自旋涨落行为进行了系统研究。该研究第一次在KFe₂As₂中在非公度的波矢上观测到了中子-自旋共振态，该自旋共振态沿铁砷面间方向有明显的色散，表明共振态受到了层间的耦合的影响。通过细致对比该体系的电子结构，发现共振模的动量结构无法用d波对称性来解释。该研究进一步提出这个共振模来源于两个空穴费米面之间的散射，指出KFe₂As₂中的配对对称性是空穴费米面间变号的s波，这显著的区别于铜氧化物中的d波配对，也和其他铁砷超导体中基于电子空穴费米面变号的s波不同。这项研究以《重空穴掺杂KFe₂As₂超导体中的中子自旋共振态》（“Neutron spin resonance in the heavily hole-doped KFe₂As₂ superconductor”）为题，发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters 124, 017001 (2020))上。复旦大学物理系研究生申守栋和张孝文为本文共同第一作者。

该工作的中子散射实验在德国海因茨·迈尔-莱布尼兹实验室的PANDA谱仪上完成，实验过程得到了当地联系人（Local Contact）和技术员的协助。这项研究得到上海市教委科研重大创新计划（No. 2017-01-07-00-07-E00018）、国家自然科学基金（No. 11874119）、科技部973计划（No. 973: 2015CB921302）和国家重点研发计划（No. 2016YFA0300203）的共同资助。

图(a)，KFe₂As₂的晶格结构； (b)，(c)， 中子-自旋共振峰的能量扫描。