铁基超导体中的长程反铁磁序

文章回顾了用中子散射技术对铁基超导体中所存在的三维长程反铁磁序进行研究的进展. 大多数铁基超导体母体的晶体结构在温度降低时都经历了从四方相变化到正交相或单斜相的结构相变. 在此相变温度之下,自旋系统也从顺磁变化到三维长程反铁磁. 在掺杂之后,结构相变和磁相变都被压制,而超导则最终出现. 文章详细介绍了各种母体中的三维反铁磁结构及其自旋波频谱,并讨论了掺杂对反铁磁相变和晶格相变的影响.     

铁基超导体中的长程反铁磁序

文章回顾了用中子散射技术对铁基超导体中所存在的三维长程反铁磁序进行研究的进展.大多数铁基超导体母体的晶体结构在温度降低时都经历了从四方相变化到正交相或单斜相的结构相变.在此相变温度之下,自旋系统也从顺磁变化到三维长程反铁磁.在掺杂之后,结构相变和磁相变都被压制,而超导则最终出现.文章详细介绍了各种母体中的三维反铁磁结构及其自旋波频谱,并讨论了掺杂对反铁磁相变和晶格相变的影响.     

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。     

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.     

电子型超导材料的超流密度响应

超导电性是凝聚态物理学中研究的热点.超导材料基本构成分为电子型与空穴型.对于空穴型超导材料,其电子配对对称性普遍接受的是具有dx2-y2波对称性;而对于电子型超导材料,电子配对对称性是dx2-y2波对称性还是s波对称性,目前还存在着很大的争议.在线性近似下,dx2-y2波超导体超流密度是温度的线性函数,而s波超导体的超流密度是温度的指数函数.因此通过对超流密度的研究可以明确电子型超导材料的电子配对对称性.本文首先从微观t-t′-t″-J模型出发,通过隶波色子平均场近似,计及反铁磁关联序和超导配对项,得到两带超导哈密顿量,进而推导出两带超流密度.最后验证了电子掺杂型超导体电子配对对称性和空穴掺杂型一样,同样具有dx2-y2波对称性,和早期唯象的两带模型的研究相一致.明确超流密度随掺杂的变化,是两带准粒子随掺杂变化相互作用的结果.     

双层Heisenberg反铁磁体中的量子相变

用键算符平均场方法研究了双层正方格子Heisenberg反铁磁体中的量子相变问题.得到的临界点以及低温下的量子临界行为符合相关的数值计算结果和非线性σ模型的结果.在数值计算不能达到的极低温度范围（T≤0.3J₁,J₁为面内最近邻反铁磁交换作用）,给出了量子临界行为的新证据. 关键词：     

轴子拓扑绝缘体候选材料层状Eu1-xCaxIn2As2的物性研究

二维磁性材料的研究推动了现代纳米电子器件的发展.寻找本征的具有磁性的层状材料,为探索研究新的二维磁性材料、制备二维电子器件提供了重要的材料基础.近来,本征二维反铁磁拓扑材料的发现引起了人们的广泛关注和兴趣.EuIn₂As₂被预言是一种轴子拓扑绝缘材料,它具有典型的反铁磁序和层状的晶体结构,其潜在的多种拓扑量子效应可以为未来新型电子学器件提供新的发展思路.实验结果表明EuIn₂As₂处于金属态,而非绝缘态.本文通过掺杂Ca来调节体系的费米能级和磁性,发现Eu_1-xCa₂As₂中仍然存在与母体类似的长程反铁磁的结果.反铁磁矩沿面内方向,符合理论预言的轴子态磁结构.在反铁磁转变温度以上发现了铁磁极化子.由此可见,非磁性杂质掺杂对体系的磁性影响不大,但是载流子浓度却降低了一个数量级,费米能级沿电子型方向进行调制.本文的研究为在二维磁性材料中探索和诱导非平庸拓扑态提供了重要信息.     

铁基化合物 SrFeAsF以及 Co掺杂超导体SrFe0.875Co0.125AsF的电子结构和磁性

采用基于密度泛函理论的全势线性缀加平面波方法,计算了 SrFeAsF 和 Co 掺杂超导体 SrFe_0875 Co_0.125AsF 的电子能带结构和磁性.结果表明,SrFeAsF 的基态构型为条状反铁磁结构,而 SrFe_0.875Co_0.125AsF 的条状反铁磁构型与棋盘形能量相差非常小,体系处于两种构型转变的临界值附近.由电子能带结构计算表明,Co掺杂引起FeAs杂化能带增宽,增强了d电子的平面巡游性,同时掺杂后 关键词： 铁基超导体 反铁磁序 掺杂 交换相互作用     

CrAs——第一个Cr 基化合物超导体的发现

非常规超导体自发现以来便引起了凝聚态物理学家的广泛兴趣,诸如重费米子超导体,铜基高温超导体和铁基高温超导体等。这类超导体的一个基本特征是,当长程反铁磁序被抑制时会出现超导现象。而要破坏长程磁有序,除了掺杂不同元素以引入电荷载流子或者化学压力外,物理加压也是一种有效的调控手段。文章将介绍第一个Cr基化合物超导体——CrAs单晶通过物理加压首次实现超导电性的过程。当压力为8 kbar 时,超导临界温度出现在2 K,这时发生在常压下265 K的一级反铁磁相变被完全压制。在CrAs体系中,超导与反铁磁序之间的竞争关系说明CrAs是非常规超导体。CrAs的超导也为发现新型超导体打开了一扇大门。     

铜氧化物超导体两能隙问题的电子拉曼散射理论研究

电子拉曼实验表明在空穴型掺杂的铜氧化物超导体中存在两能隙行为,即在欠掺杂区,随着掺杂浓度的降低,一个能隙逐渐增大而且在超导转变温度以上仍然存在,而另一个能隙逐渐减小且在DDW态依然存在.解释两能隙行为非常重要因为它与赝能隙的机理密切相关.本文计算了超导序和d-density-wave(DDW)序竞争机理下相图上不同区域的电子拉曼谱,发现欠掺杂区能隙表现出两能隙行为,与实验一致.特别地,本文发现B_1g峰对应能量由超导和DDW序共同决定,且随着掺杂浓度的降低而增大,在D 关键词： 两能隙 电子拉曼散射 竞争序     

Ba1-xKxFe2As2单晶(Tc=38.5K)磁通钉扎力与钉扎机理研究

铁基超导体是在2008年由Hosono发现的一种新型超导材料, 由于其具有上临界场高、各向异性小、临界电流密度大等优点, 在世界范围内引起了广泛关注. 以Ba_1-xK_xFe₂As₂为代表的FeAs-122系超导体具有结构简单、合成温度低、单晶容易制备等优点, 是物理学家和材料学家关注的焦点. 本工作在获得最优化掺杂的Ba_1-xK_xFe₂As₂单晶(T_c = 38.5 K)基础上, 通过分析其在不同磁场条件下电阻温度变化关系、不同温度条件下的磁滞回线等数据, 系统的研究了Ba_1-xK_xFe₂As₂单晶磁通钉扎力和磁通钉扎机理. 研究发现Ba_1-xK_xFe₂As₂超导体具有非常高的磁通钉扎势, 其中9 T的外场条件下, 其在H//c轴和H//ab面的钉扎势分别为5800 K和8100 K, 展示出良好的应用前景; 通过进一步分析发现, 其磁通钉扎机理应是由于晶格内部的小尺寸缺陷引起的电子平均自由程变化而导致的δl钉扎.     

Thermal fluctuation conductivity and dimensionality in iron-based superconductors

The time-dependent Ginzburg–Landau Lawrence–Doniach model is used to investigate the superconducting fluctuation electrical conductivities.The theoretical result based on the self-consistent Gaussian approximation is used to fit the transport measurement data of iron-based superconductors F-doped La OFe As and Ba Fe_(2-x)Ni_xAs_2.We demonstrate that La OFe As shows layered behavior,while Ba Fe_(2-x)Ni_xAs_2 is more of a 3D feature.The conductivity in the region near Tc is well described by the theoretical formula.     

Magnetoresistivity and filamentary superconductivity in nickel-doped BaFe_2As_2

We present magnetotransport studies on a series of BaFe_(2-x)Ni_xAs_2(0.03 ≤ x ≤ 0.10) single crystals. In the underdoped(x = 0.03) non-superconducting sample, the temperature-dependent resistivity exhibits a peak at 22 K, which is associated with the onset of filamentary superconductivity(FLSC). FLSC is suppressed by an external magnetic field in a manner similar to the suppression of bulk superconductivity in an optimally-doped(x = 0.10) compound, suggesting the same possible origin as the bulk superconductivity. Our magnetoresistivity measurements reveal that FLSC persists up to the optimal doping and disappears in the overdoped regime where the long-range antiferromagnetic order is completely suppressed, pointing to a close relation between FLSC and the magnetic order.     

Fluctuating specific heat in two-band superconductors

Theory of thermal fluctuations in two-band superconductors under an essentially homogeneous magnetic field is developed within the framework of the two-band Ginzburg-Landau theory. The fluctuating specific heat is calculated by using the optimized self-consistent perturbation approach and the results are applied to analyze the thermodynamic data of the iron-based superconductors Ba_(1-x)K_xFe_2As_2 with x ~0.4, which have been suggested to have a two-band structure by recent experiments. We estimate the fluctuation strength in this material and find that the specific heat is described well with the Ginzburg number Gi = 4 · 10~(-4). The influence of interband coupling strength is investigated and the result of the two-band Gaussian approximation approach is compared.     

ON THE SUPERCONDUCTING MECHANISM OF K3C60 AND Ba1-xKxBiO3

A superconducting mechanism for K₃C₆₀ and Ba_1-xK_xBiO₃ has been suggested. This is the combining picture of the Cooper pair and the Ogg pair. Numerical calculations within the framework of this picture have been done for K₃C₆₀ and Ba_1-xK_xBiO₃, and the overall consistency with the experimental data of superconducting properties is good.     

R型铁氧体BaFe4-xTi2+xO11的化学组态以及磁性行为的研究

本文通过传统的固相反应法制备了R型六角铁氧体BaFe_4-xTi_2+xO₁₁ (x= 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1), 并且对它的原子价态以及磁性行为进行了研究. X 射线光电子能谱(XPS)结果显示了随着掺杂含量的增加, 体系中Fe³⁺离子逐渐减少而Fe²⁺离子逐渐增加. 由于具有非对称结构的阻挫晶格中存在各种关联作用的竞争, 使得BaFe_4-xTi_2+xO₁₁体系表现出了复杂的磁有序行为, 在T₁～250 K和T₂～83 K两处存在磁转变. 对这一系列掺杂样品, 在相变温度T₁之上表现顺磁行为, 而在相变温度T₂前后的磁化强度都表现出低场下随磁场的增加快速增加, 高场下则线性变化且在5×10⁴ Oe时还未达到饱和的行为, 表明这一系列掺杂样品是典型的倾斜反铁磁态(canted antiferromagnetic) 或者亚铁磁态.     

Quantum critical behavior in an antiferromagnetic heavy-fermion Kondo lattice system(Ce_(1-x)La_x)_2Ir_3Ge_5

The measurements on temperature dependences of magnetic susceptibility χ(T), specific heat C(T), and electrical resistivity ρ(T) were carried out for the antiferromagnetic(AFM)(Ce_(1-x)La_x)_2Ir_3Ge_5(0 ≤ x ≤ 0.66) system. It was found that the Neel temperature TNdecreases with increasing La content x, and reaches 0 K near a critical content xcr =0.6. A new phase diagram was constructed based on these measurements. A non-Fermi liquid behavior in ρ(T) and a log T relationship in C(T) were found in the samples near xcr, indicating them to be near an AFM quantum critical point(QCP) with strong spin fluctuation. Our finding indicates that(Ce_(1-x)La_x)_2Ir_3Ge_5 may be a new platform to search for unconventional superconductivity.     

新型交生结构自掺杂铁基超导体

铁基高温超导体的基本结构单元是反萤石型Fe₂X₂层（X为磷族或硫族元素）,因此,设计具有Fe₂X₂层的新化合物成为探索铁基超导材料的有效途径.本文在回顾铁基超导体结构特征和基本结构类型的基础上,归纳总结了铁基超导体块层结构设计的基本原则;着重介绍迄今发现的几类具有层状交生（intergrowth）结构的新型自掺杂铁基超导材料.     

YTi(Fe1-xCox)11的磁性和穆斯堡尔谱的研究

YTi(Fe_1-xCo_x)₁₁在012型四方结构,居里温度随Co含量的增加而提高,本文为了揭示YTi(Fe_1-xCo_x)₁₁磁性与微观结构的联系,对这一系列化合物进行穆斯堡尔谱研究,在室温下,测量YTi(Fe_1-xCo_x)₁₁(其中x=0.0,0.2,0.4)的穆斯堡尔谱,最佳拟合结果证实在这种化合物中,Co原子优先占据j和f晶位,在所测样品中,超精细场在x=0.2处出现极值,这与YTi(Fe_1-xCo_x)₁₁饱和磁化强度测量结果相符合。并对YTi(Fe_1-xCo_x)₁₁,Y₂(Fe_1-xCo_x)₁₄和YTi(Fe_1-xCo_x)₁₁的穆斯堡尔谱的实验结果进行比较,分析在YTiFe₁₁中与Y₂Fe₁₄B中的3d电子能带结构的差异。 关键词：