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.     

铁基超导体中的反铁磁序和自旋动力学

类似于其他非常规超导材料,铁基高温超导电性通常出现在静态长程反铁磁序被抑制之后,并且强烈的自旋涨落始终与超导电性相伴相生,因此理解磁性相互作用是建立铁基超导微观机理的重要前提.中子散射作为研究凝聚态物质中磁性相互作用的有力工具,在揭示铁基超导电性的磁性起源方面起到了关键作用.本文系统总结了近十年来铁基超导材料的中子散射研究结果,包括铁基超导材料中的静态磁结构、磁性相变、动态磁激发、电子向列相等,并探讨它们与超导电性之间的关系.     

铁基高温超导体的超导能隙和自旋涨落:核磁共振研究

文章介绍了利用核磁共振法对铁基高温超导体的研究结果.笔者研究组断定铁基超导是自旋单态配对,并首先发现超导多能隙的存在.正常态的反铁磁自旋涨落在自旋空间是各向异性的,它与超导的关系,是人们关心的热点之一.     

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2K,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。     

在La2CuO4+y中超导与长程非公度磁有序的共存

铜氧化物超导体的相图具有如下共同特征:未掺杂或很低掺杂浓度对应反铁磁区;最佳掺杂及欠掺杂的低温相是超导区;当掺杂浓度介于上述二者之间时,材料既不超导也不具有反铁磁长程序.一般认为,超导与长程磁有序不能共存.     

铁磁/反铁磁双层膜系统中的磁畴动力学行为

比较了铁磁单层膜与铁磁/反铁磁双层膜结构中的磁畴演化行为, 发现由于反铁磁层膜对铁磁层膜的耦合作用使得系统的磁畴壁厚度、 磁畴壁等效质量、磁畴壁移动速度等发生了改变, 系统的矫顽场增强, 并出现了交换偏置场. 文章具体研究了反铁磁层耦合作用下其磁畴壁厚度、 等效质量以及磁畴壁移动速度等与反铁磁层的净磁化、 磁各向异性、界面耦合强度以及温度等的关系; 并研究了其对铁磁/反铁磁双层膜中的交换偏置场、矫顽场的影响. 进而 从磁畴结构的形成及其演化上揭示了铁磁/反铁磁双 层膜中出现交换偏置以及矫顽场增加的物理机制.     

钠钴氧超导体的核磁共振研究

文章介绍了利用核磁共振法对含水钠钴氧超导体研究的结果.实验表明,钠钴氧超导体的能隙函数存在线状节点,自旋单态配对.反铁磁自旋关联对超导的发生起重要作用.加水的主要效应是除了增加结晶结构的二维性外,还引发了反铁磁自旋关联.     

在La_2CuO_(4 y)中超导与长程非公度磁有序的共存

铜氧化物超导体的相图具有如下共同特征 :未掺杂或很低掺杂浓度对应反铁磁区 ;最佳掺杂及欠掺杂的低温相是超导区 ;当掺杂浓度介于上述二者之间时 ,材料既不超导也不具有反铁磁长程序 .一般认为 ,超导与长程磁有序不能共存 .然而 ,在过去的 10年中 ,核磁共振、μ子自旋共振 (μ -ＳＲ)和中子散射实验已经证明 :动态反铁磁关联是高温超导体的固有属性 .最近 ,研究兴趣转移到了观察高温超导体中的静态非公度磁有序 .对于Ｌａ1 6 -ｘＮｄ0 4 ＳｒｘＣｕＯ4 ,Ｔｒａｎｑｕａｄａ等的研究表明 ,存在电荷以及自旋的静态有序 ,并且调制相对于晶格…     

IrMn基反铁磁自旋阀的巨磁电阻效应

用第一性原理方法研究了在微观尺度具有三重对称磁结构的IrMn合金的反铁磁自旋阀(AFSV)的电子输运.研究表明:基于有序L1₂相IrMn合金的Co/Cu/IrMn自旋阀的巨磁电阻(GMR)效应具有三重对称性,可以利用这一特性区分反铁磁材料的GMR与传统铁磁材料的GMR.基于无序γ相IrMn合金的IrMn(0.84 nm)/Cu(0.42 nm)/IrMn(0.42 nm)/Cu(0.42 nm)(111) AFSV的电流平行平面构型的GMR约为7.7％,大约是电流垂直平面构型的GMR(3.4％)的两倍,明显大于实验中观测到的基于共线磁结构的FeMn基AFSV的GMR. 关键词： 反铁磁自旋阀 巨磁电阻效应 非共线磁结构 电流平行平面结构     

高压下的铁基超导体:现象与物理

始于2008年的铁基超导体研究续写了高温超导发展史的新篇章.回顾过去十年对铁基超导体的研究,在理论、实验及应用方面都取得了辉煌的成绩,丰富了人们对高温超导电性的认识,为突破高温超导机理研究、最终实现超导材料的人工设计与更广泛的应用奠定了坚实的基础.本文主要介绍了通过高压实验研究手段在铁基超导体的研究中取得的一些重要进展及呈现出的新现象和新物理,例如压致超导现象、压力导致的超导再进入现象、压力对超导转变温度的提升效应、压力研究对铁基超导体超导转变温度的预测、相分离结构对超导电性的影响及反铁磁-超导双临界点的发现等.希望这些高压研究结果与本文报道的其他各类实验与理论研究成果一起,为全面、深入地理解铁基超导体勾画出一幅较为完整的物理图像.     

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.     

磁电多铁性材料的宠儿:铁酸铋(BiFeO_3)研究进展的十年回顾

近十几年来,由于对新一代高性能(低能耗、高存储密度、高读写速度)电子功能器件的需求,多铁性材料特别吸引人们的关注。在这些多铁性化合物中,铁酸铋(BiFeO3,简写为BFO)具有高的铁电居里温度和高的反铁磁转变温度,是目前最有应用前景的多铁性材料之一。文章介绍了BFO的晶体结构、铁电极化结构以及反铁磁自旋结构,探讨了在它的基态和高应变状态下,极化与自旋是如何强耦合在一起的。在此基础上,进一步探讨了利用铁电/反铁磁BFO基体系来实现强磁电耦合效应(特别是在低维系统如异质结界面、畴壁或相界中)。文章还对BFO基纳米复合自组装结构中的磁电耦合做了简单介绍。通过对BFO这一多铁性模型体系的研究,可以帮助人们更好地认识铁性材料中衍生出的新奇量子现象,从而利用高等外延生长技术开发和设计新型人造超结构来实现材料的电性、磁性和弹性之间的耦合。     

胶体铁磁流体的光子特性研究

这篇综述回顾了我们今年来在铁磁流体方面的一些研究工作。铁磁流体是一种纳米磁颗粒或亚铁磁颗粒悬浮在基液（如：水或煤油）中形成的悬浮液。铁磁流体之所以受到广泛关注,是因为它们在许多方面都有着潜在应用,例如在机械工程和生物医学等领域。再次综述中,我们首先介绍了铁磁流体的场感应各向异性结构,然后,介绍了几种铁磁流体基软物质材料的光学性质,即：光学负折射、磁控光子待隙和非线性光学响应。我们采用的研究方法主要是分子动力学模拟,有效煤质近似和有限元模拟.     

高温超导技术在微磁传感器中的应用与发展

磁传感器在诸多领域有着广泛的应用,而随着高温超导技术的快速发展,将高温超导材料应用于磁信号测量成为超导材料应用的一个重要领域。文章探讨了高温超导材料在微弱磁场测量方面的主要应用,介绍了三种在微弱磁场测量方面能达到或有希望达到f T量级的传感器。其中包括:基于约瑟夫森结效应的超导量子干涉器(SQUID),基于超导零电阻效应的巨磁电阻(GMR)磁传感器和由文章作者所在的实验室提出的巨磁阻抗(GMI)/超导复合磁传感器。文章重点介绍了GMI/超导复合磁传感器,并对此传感器在结构和应用方面的最新进展进行了说明。     

重费米子超导

重费米子材料作为典型的强关联电子体系,具有丰富的物理内涵。重费米子超导也因复杂的电子间相互作用而具有多种不同的超导配对机理。文章以几个典型的重费米子超导体(CeCu_2Si_2、CeMIn_5、UTe_2)为例,介绍其基本物理性质,其中重点讨论超导与反铁磁、铁磁之间密不可分的竞争/共存关系。另外,文章还讨论空间反演中心/时间反演对称性破缺对重费米子超导体序参量的影响。最后,简单介绍了几种比较特殊的竞争序诱导的重费米子超导态。     

铁基铁磁超导体

超导电性与铁磁长程序是两个"敌对"的物质状态。长期以来,探索超导与铁磁共存是十分耐人寻味的课题。文章在回顾半个多世纪以来该课题主要进展的基础上,重点介绍了作者近年来对新型铁基铁磁超导体的发现和发展,最后对这类新材料的进一步研究进行了展望。     

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.     

Slater绝缘体的磁性和能带计算研究

Slater相变是一种由于反铁磁序形成而导致的金属—绝缘体相变.本文采用第一性原理密度泛函计算方法研究了两种Slater绝缘体材料NaOsO_3和Cd_2Os_2O_7的电子结构,进而研究了反铁磁序排列、自旋轨道耦合和电子关联对其电子结构以及相变性质的影响.研究结果表明,非磁相的NaOsO_3具有金属性;而G型线性反铁磁结构是驱动NaOsO_3发生Slater相变的磁基态.此外,研究结果表明,非磁相的焦绿石Cd_2Os_2O_7的能带结构在费米能级处是连续的,表现为金属性;并且带有磁阻挫的Cd_2Os_2O_7发生Slater相变的条件十分苛刻,只有在自旋轨道耦合和1.8 eV电子关联的共同作用下一种全进—全出非线性反铁磁结构才能使其发生Slater相变.说明全进—全出非线性反铁磁结构是使Cd_2Os_2O_7发生Slater相变的磁基态,而自旋轨道耦合和1.8 eV的电子关联在消除磁阻挫上起到了关键作用.     

铁基高温超导体的中子散射研究

文章回顾了作者和合作者三年来应用中子散射技术方法,在铁基高温超导体研究中,通过测定材料的组分、晶体结构、反铁磁序结构、相变以及结构类型激发与磁性激发谱,对这些材料的微观物理过程与机理所做的初步理解和分析.     

胶体铁磁流体的光子特性研究(英文)

这篇综述回顾了我们近年来在铁磁流体方面的一些研究工作。铁磁流体是一种纳米铁磁颗粒或亚铁磁颗粒悬浮在基液(如:水或煤油)中形成的悬浮液。铁磁流体之所以受到广泛关注,是因为它们在许多方面都有着潜在应用,例如在机械工程和生物医学等领域。在此综述中,我们首先介绍了铁磁流体的场感应各向异性结构,然后,介绍了几种铁磁流体基软物质材料的光学性质,即:光学负折射、磁控光子带隙和非线性光学响应。我们采用的研究方法主要是分子动力学模拟,有效媒质近似和有限元模拟。