铁基超导体的量子临界行为

铁基超导体呈现丰富的电子相图, 各种有序态相互交叠. 本文主要介绍利用核磁共振手段在空穴型和电子型掺杂的BaFe₂As₂以及LaFeAsO_1-xF_x这三种具有代表性的铁基超导体中探测到的反铁磁序与超导序的微观共存、量子临界点和量子临界行为. 实验发现, 无论在空穴型还是电子型掺杂的铁基超导体中, 反铁磁相变温度都随着掺杂被抑制, 并最终在某个掺杂量降到零温而形成量子临界点. 在反铁磁转变温度之上存在结构相变, 其转变温度也随着掺杂而降低. 核磁共振谱证实结构相变也形成一个量子临界点. 本文介绍核磁共振及输运测量揭示的这两种量子临界点附近存在的量子临界行为, 共存态下奇异的超导性质等.     

超导体Bi1.8Pb0.2Sr2-xLaxCuOy的电阻率和热电势研究

本文对名义组份为Bi1.8Pb0.2Sr2-xLaxCuOy系列样品的电阻率和热电势特性进行了实验研究.测量表明,Pb掺杂可以进一步提高超导转变温度Tc ;随着La含量的增加,Tc 按照典型的抛物线型规律变化;La掺杂极大地影响超导体正常态的输运特性.我们的分析指出,热电势在正常态所表现出的规律与高温超导机制密切相关,而且电阻率正常态输运特性的变化可用La掺杂造成CuO6八面体顶点氧发生位移来解释.     

超导体Bi_(1.8)Pb_(0.2)Sr_(2- x)La_xCuO_(6+δ)的电阻率和热电势研究(英文)

本文对名义组份为Ｂｉ１ ．８Ｐｂ０ ．２Ｓｒ２ － ｘＬａｘＣｕＯｙ 系列样品的电阻率和热电势特性进行了实验研究．测量表明，Ｐｂ 掺杂可以进一步提高超导转变温度Ｔｃ ；随着Ｌａ 含量的增加，Ｔｃ 按照典型的抛物线型规律变化；Ｌａ 掺杂极大地影响超导体正常态的输运特性．我们的分析指出，热电势在正常态所表现出的规律与高温超导机制密切相关，而且电阻率正常态输运特性的变化可用Ｌａ 掺杂造成ＣｕＯ６ 八面体顶点氧发生位移来解释．     

铁基超导体能隙结构和机理的统一认识

铁基超导体作为除铜氧化物超导体之外的第二类高温超导体,自从被发现以来其超导电性的成因就备受关注。早期有人针对同时具有空穴型费米口袋和电子型费米口袋的铁砷基超导体提出了S^±配对模式,而且得到中子散射和隧道谱实验的初步支持。这一配对模型的基础是需要在布里渊区同时具有空穴型和电子型费米面。但是铁基超导体的费米面因材料而异,新发现的很多铁硒基超导体因缺乏空穴型费米面,对S^±电子配对模型来说是一个挑战。文章综述了过去几年来作者在这方面取得的工作进展。运用高精度的扫描隧道显微镜,在不同铁基超导体系中,针对超导能隙结构,或超导序参量的性质进行了仔细研究。首先作者在铁砷基超导体NaFe_1-xCo_xAs和Ba_1-xK_xFe ₂As₂中利用无磁性杂质态测量和隧道谱测量,发现S^±的明确证据。进一步,在只有电子型费米面的(Li_1−xFe_x)OHFeSe超导材料中发现两个各向异性的超导能隙,利用准粒子相干散射实验第一次把这两个超导能隙对应到由电子型费米面套叠或杂化后形成的内外两套费米面上。通过非磁性杂质诱导产生的能隙内杂质态和新型电子驻波相位敏感实验的探测,证明该材料中超导能隙符号也发生反转。因此作者的系列工作统一了有和没有空穴型费米面的铁基超导体的能隙形式,支持排斥势是导致电子配对和超导电性产生的关键因素。     

铁基超导体的角分辨光电子能谱研究进展

最近发现的超导转变温度高达55K铁基高温超导体结束了铜氧化物在超导转变温度高于40K的领域一统天下的局面.与铜氧化物高温超导体一样,超导配对对称性对于理解这一新的体系有着重要的作用.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,全面地研究了铁基材料的能带结构和费米面以及它们随载流子掺杂浓度变化的演化过程,发现了铁基超导体中依赖费米面的无节点的超导能隙,指出了费米面间的相互作用对超导配对起着关键作用.     

铁基超导体的角分辨光电子能谱研究进展

最近发现的超导转变温度高达55K铁基高温超导体结束了铜氧化物在超导转变温度高于40K的领域一统天下的局面.与铜氧化物高温超导体一样,超导配对对称性对于理解这一新的体系有着重要的作用.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,全面地研究了铁基材料的能带结构和费米面以及它们随载流子掺杂浓度变化的演化过程,发现了铁基超导体中依赖费米面的无节点的超导能隙,指出了费米面间的相互作用对超导配对起着关键作用.     

La2-xSrxCuO4单晶膜的热电势与电阻率

测量了高质量的单晶膜La2-xSrxCuO4(x=010,020,025)的电阻率和热电势.La19Sr01CuO4电阻率呈现S型行为,表明存在一个赝能隙,在赝能隙态可以用公式ρ=ρ0+βexp(-ΔT)很好地拟合.热电势的测量表明,在超导转变前样品的残余热电势值非常小,这是膜的高质量引起的,三个样品在200K以上都出现一个宽峰,对其进行了一些理论模型分析,并与电子型超导体热电势结果作了比较. 关键词： 薄膜 输运性质 热电势     

利用单轴压强下的电阻变化研究铁基超导体中的向列涨落

铁基超导体中普遍存在着反铁磁、超导和向列相,因此研究向列相的性质及其与反铁磁、超导的关系对于理解铁基超导体的低能物理及高温超导电性具有非常重要的作用.所谓向列相是指电子态自发破缺了晶格的面内四重旋转对称性而形成的有序态,从而导致样品的某些物理性质出现了两重的各向异性.我们通过自主研发的单轴压强装置,可以在低温下原位改变压强,测量电阻的变化,从而得到向列极化率.本文介绍了我们利用该装置在最近几年研究铁基超导体的向列相和向列涨落所取得的一些成果,包括详细研究了BaFe_(2-x)Ni_xAs_2体系中的向列量子临界点及其量子临界涨落,并提出了基于向列涨落强弱调节的铁基超导体统一相图.这些结果表明,向列相及其涨落与反铁磁和超导均有很强的耦合,对于理解铁基超导体中磁性和超导电性非常关键.     

高温超导体电子结构和超导机理的角分辨光电子能谱研究

超导是一种奇异的宏观量子现象.100多年来,已发现的超导体主要分为两类:以金属或者合金为代表的常规超导体以及以铜氧化物和铁基高温超导体为代表的非常规超导体.常规超导体的超导机理能被BCS超导理论完美解释,但高温超导体的超导机理至今仍未达成共识,已经成为凝聚态物理领域中长期争论且充满挑战的重大科学问题.从实验上揭示非常规超导材料的微观电子结构,是理解其奇异正常态和超导电性机理、建立新理论的前提和基础.角分辨光电子能谱技术,由于可以实现对材料中电子的能量、动量和自旋的直接测量,在高温超导研究中发挥了重要的作用.本文综述了我们利用角分辨光电子能谱技术在铜氧化物和铁基高温超导体电子结构和超导机理研究中取得的一些进展,主要包括母体的电子结构、正常态的非费米液体行为、超导态的能带和超导能隙结构以及多体相互作用等.这些结果为理解铜氧化物和铁基高温超导体的物性及超导机理提供了重要的信息.     

MgB_2超导体输运特性的研究

文中对 Mg B2 超导体的制备过程 ,对其同位素效应、电阻率、I- V曲线、热电势、电导涨落效应、能隙、霍尔效应、热重 -差热分析实验等输运特性进行了较全面的综述 ,并讨论了在 Mg B2 超导体基础上的元素替代效应。     

Looking at the superconducting gap of iron pnictides

THz and infrared spectroscopies are widely utilized to investigate the electrodynamic properties of the novel iron-based superconductors in the normal and superconducting states. Besides electronic excitations and correlations, electron-phonon coupling and the influence of magnetism, the experiments yield important information on low-lying excitations and help to clarify the number and symmetry of superconducting gaps. While the experimental data of different groups converge, the interpretation is still under debate. Here we review the status of optical investigations on the superconducting state for the 122 and 11 family of iron pnictides.     

Hybrid crystals of cuprates and iron-based superconductors

We propose two possible new compounds, Ba_2CuO_2Fe_2As_2and K_2CuO_2Fe_2Se_2, which hybridize the building blocks of two high temperature superconductors, cuprates and iron-based superconductors. These compounds consist of square CuO_2 layers and antifluorite-type Fe_2X_2(X = As, Se) layers separated by Ba/K. The calculations of binding energies and phonon spectra indicate that they are dynamically stable, which ensures that they may be experimentally synthesized. The Fermi surfaces and electronic structures of the two compounds inherit the characteristics of both cuprates and iron-based superconductors. These compounds can be superconductors with intriguing physical properties to help to determine the pairing mechanisms of high Tc superconductivity.     

Iron-based superconductors in high magnetic fields

Here we review measurements of the normal and superconducting state properties of iron-based superconductors using high magnetic fields. We discuss the various physical mechanisms that limit superconductivity in high fields, and the information on the superconducting state that can be extracted from the upper critical field, but also how thermal fluctuations affect its determination by resistivity and specific heat measurements. We also discuss measurements of the normal state electronic structure focusing on measurement of quantum oscillations, particularly the de Haas–van Alphen effect. These results have determined very accurately, the topology of the Fermi surface and the quasi-particle masses in a number of different iron-based superconductors, from the 1111, 122 and 111 families.     

自旋涨落与非常规超导配对

铜氧化物高温超导、铁基高温超导、重费米子超导和κ-型层状有机超导等超导体的超导态都与磁性有序态相邻,且超导能隙在动量空间一般存在变号.因此,这些超导体的超导机理被认为有别于常规BCS超导中的电子交换声子导致的各向同性s-波配对.在这些非常规超导中,自旋涨落被认为是导致电子形成库珀对的主要起源之一.本文主要以铜基和铁基高...     

弹道输运与高温超导电性

本文在引入了弹道输运的概念后,对高温超导体正常态下电阻率和霍耳效应的各向异性以及它们奇异的温度特性统一地进行了解释;对温差电势率的各向异性及其温度行为进行了讨论;也分析了高温超导体由正常态向超导态转变的过程,并给出了超导转变温度与材料一些物理参数的关系.     

Precursor State to Unconventional Superconductivity in CeIrIn5

We present Hall effect and magnetoresistance measurements in the heavy fermion superconductor CeIrIn(5). At low temperature, a Kondo coherent state is established. Deviations from Kohler's rule and a quadratic temperature dependence of the cotangent of the Hall angle are reminiscent of properties observed in the high-temperature superconducting cuprates. A striking observation pertains to the presence of a precursor state--characterized by a change in the Hall mobility--that precedes the superconductivity in this material, in similarity to the pseudogap in the cuprate superconductors.     

铁基高温超导体电子结构的角分辨光电子能谱研究

铜氧化物超导体和铁基超导体是人类相继发现的两类高温超导家族,它们的高温超导机理是凝聚态物理领域中长期争论但悬而未决的重大问题.对铁基超导体广泛而深入的研究,以及与铜氧化物高温超导体的对比,对于发展新的量子固体理论、解决高温超导机理、探索新的超导体以及超导实际应用都具有重要意义.固体材料的宏观物性由其微观电子结构所决定,揭示高温超导材料的微观电子结构是理解高温超导电性的前提和基础.由于角分辨光电子能谱技术具有独特的同时对能量、动量甚至自旋的分辨能力,已成为探测材料微观电子结构的最直接、最有力的实验手段,在高温超导体的研究中发挥了重要作用.本文综述了在不同体系铁基超导体中费米面拓扑结构、超导能隙大小和对称性、轨道三维性和选择性、电子耦合模式等的揭示和发现,为甄别和提出铁基超导新理论、解决高温超导机理问题提供重要依据.     

BaCuS_2: A Superconductor with Moderate Electron-Electron Correlation

We show that the layered-structure BaCuS₂ is a moderately correlated electron system in which the electronic structure of the CuS layer bears a resemblance to those in both cuprates and iron-based superconductors.Theoretical calculations reveal that the in-plane d-p σ^*-bonding bands are isolated near the Fermi level.As the energy separation between the d and p orbitals are much smaller than those in cuprates and iron-based superconductors,BaCuS₂ is expected to be moderately correlated.We suggest that this material is an ideal system to study the competitive/collaborative nature between two distinct superconducting pairing mechanisms,namely the conventional BCS electron-phonon interaction and the electron-electron correlation,which may be helpful to establish the elusive mechanism of unconventional high-temperature superconductivity.     

Application of a lindhard like model for normal state transport properties of the cuprate superconductors

We account for the transport properties of the cuprates and of organic superconductors in the normal state by a model in which, following Lindhard's theory, the velocity near the Fermi surface is increased by reduced screening. We show that the conductivity due to elastic scattering becomes temperature dependent. We account for the conductivity anisotropy, the thermoelectric power, and the Hall constant. An analysis of the London penetration depth, which takes into account the low dimensionality of the conduction, gives large Fermi velocities and small effective masses, consistent with the analysis of the transport properties.