鐵基超導拜訪增加體電子向列相中的自旋關聯與

  鐵基超導拜訪增加體電子向列相中的自旋關聯與量子漲落研究獲進展

  因對稱性破缺而出現的有序電子態是凝聚態物理研讨中俯拾皆是的根本現象。類比於液晶中的向列相,物理學傢提出在關聯電子原料中同樣能够存在類似的“電子向列相”,即由於電子互相作用,系統呈現出打破晶格固有的旋轉對稱性的電子態。在鐵基超導原料中,隨著溫度的降低,其母體大多將經歷從四重對稱的四方相到二重對稱的正交相的結構相變,並隨後發生從順磁態到共線型反鐵磁態的磁性相變。通過引入摻雜或壓力 ,結構相變和反鐵磁相變會逐漸被壓制,超導隨之出現,並且在結構和磁相變消逝的臨界點四周達到最高的超導轉變溫度。当前,許多實驗研讨提醒瞭鐵基超導體中電子態性質(如電阻、紅外光譜、軌道能級、楊氏模量等)有著顯著的鐵砷/鐵硒面內二重對稱特征 ,乃至持續到四重對稱的高溫四方相中 ,标明結構相變是由電子自在度而非晶格自在度驅動的,來源於旋轉對稱破缺的電子向列相。但是 ,向列型電子態相變的驅動力是軌道還是自旋自在度 ,仍有很大爭議,向列型電子態漲落與超導電性能否存在直接關聯也尚不清晰。認識清晰電子向列相的物理来源,對了解鐵基原料中的結構相變機理、磁性物理及高溫超導電性均至關重要。

  最近,物理研讨所/北京凝聚態物理國傢實驗室(籌)SC8研讨組在BaFe2-xNixAs2體系中電子向列相研讨方面获得兩項進展。在向列相的自旋關聯研讨中,他們使用中子散射驗證瞭理論所預言的自旋關聯長度各向異性。而在向列相的輸運研讨中,他們通過電阻測量發現瞭不相符簡單伊辛模型描绘的向列相臨界漲落 ,並标明該漲落與電子向列型量子臨界點直長安汽車推出的雙文/記者:杨娇妹:杨娇妹郭琳琳11電商運動,包括在長安汽車天貓旗艦店上推出300元加油卡全系車型群英惠,在天貓限量特賣新車新奔奔PPOIMT推出讓利4000元的專供新車約惠價,在天貓APP上推出手機掃碼搶抵用定金的店鋪優惠券,以及在攜程上約試駕購車,到4S店購置長安汽車後可取得10000元攜程禮品卡等促銷運動 接相關。這些任务使研讨人員更進一步了解瞭鐵基超導體中向列相的相關問題。

  首先,研讨組在向列相自旋關聯研讨方面获得進展。如圖1所示,欠摻雜鐵基超導體BaFe2-xNixAs2低溫下的尾部外型比擬保守,一整條鍍鉻線條很好的提升瞭尾部的視覺效果看起來愈加平面磁結構為鐵位无效磁矩沿a方向反鐵磁、b方向鐵磁陈列,兩鐵原子層之間也是反鐵磁陈列。因而,對於處於反鐵磁有序態的單疇晶體 ,其低能自旋漲落僅在反鐵磁波矢Q1=(±1, 0)四周出現,而在其90°對稱地位Q2=(0, ±1) 為零 。一旦升溫進入高溫順磁態 ,自旋陈列恢復各向异性 ,自旋漲落也同時在Q1和Q2兩個點存在且強度相反。理論上預言,要是電子向列相由自旋自在度驅動的話 ,那麼熊林濤說即便在高溫四方相的順磁態(晶格和磁性均滿足四重對稱),也將出現二重對稱的自旋漲落分佈,即Q1=(±1, 0)點自旋激發強度將大於Q2=(0, ±1) 點,兩者差異隨溫度降低而顯著增大,同時,自旋關聯長度也將出現類似行為,體系將构成所謂的“自旋向列相”。這種自旋激發強度的各向異性已經在SC8組之前的中子散射實驗研讨中被證實(Science 345, 657 (2014))。最近,他們進一步對自旋關聯長度的各向異性進行瞭研讨。圖2給出瞭Q1=(1, 0, 1)和Q2=(0, 1, 1)在差别溫度下的磁激發峰,能够看出隨溫度二者之間的變化是差别的。通過峰寬,能够獲得自旋關聯長度。他們發現,在結構相變溫度之上,在峰強出現各向異性的同時(圖3a),關聯長度的各向異性也開始出現(圖3b)。在峰強與關聯長度該認真人稱,2018年1-11月 ,我國境內投資者共對環球157個國度和地域的5213傢境外企業停止瞭非金融類直接投資,累計完成投資1044.8億美元 ,與去年同期根本持平 各向異性之間存在著明顯的關聯,與自旋向列相理論預言相符的十分好(圖3c)。另外,通過上述數據計算的動力學磁化率隨溫度的變化關系能够用朗道相變理論來描绘(圖3d),說明其能够視為自旋向列相的序參量。該研讨結果撑腰瞭自旋自在度作為電子向列相次要驅動力的圖像,並於最近發表於《物理評論快報》(Physical Review Letters 117, 227003 (2016))。

  其次,研讨組在電子向熱火隊的近況相當不錯,他們已拿到2連勝,而且是在陣容不整的狀況下獲得這一成就列相的量子漲落研讨方面获得進展。由於電子向列相隨摻雜逐漸消逝,因而有報道認為能够存在電子向列相的臨界點。但是在通過研讨電阻隨應變變化來獲得向列相漲落時,並沒有看到在最佳摻雜四周存在著最強的漲落信號。為瞭更好地研讨電子向列相漲落,他們獨立設計並搭建瞭一套基於壓電陶瓷片的單軸壓力裝置(圖4a)。壓電陶12月14日電據中心社報道,馬來西亞前副總理兼外交部長阿莫紮西(AhmadZahidHamidi)被控45項罪名14日再審瓷片既可提供拉伸力(張力),又可提供壓縮力(壓力),因而通過連續改變陶瓷片電壓,能够讓被測量的晶體感受從正到負的單軸壓力(圖4b),準確地獲得量子臨界區信息。當應力沿著四方相的(110)方向時,由於鐵砷面內二重對稱的電阻特性,在結構相變溫度之下能够獲得類似磁滯回線的電阻隨壓力變化曲線(圖4c)。當溫度降低至結構相變溫度之上時,電阻與壓力成線性關系,其斜率隨溫度上升而快速變小。這一結果與之前其余办法測量結果是分歧的,即在(110)方向能夠觀測到向列相的信號。但是,令人驚訝的是,在沿著四方相的(100)方向施加應力,同樣能够觀測到電阻隨壓力線性變化(圖4(d)),這與簡單的伊辛向列圖像是不相符的 。之前的研讨已經标明,(110)方向電阻隨線性壓力的依賴關系來源於向列相漲落。要是定義ζ為d(ΔR/R0)/dp,其中ΔR、R0和p分別為電阻變化、零壓電阻及壓強,在欠摻雜區域,ζ的溫度依賴關系類似於居裡外斯定律,通過擬合能够獲得其均匀場轉變溫度T’(圖5(a)) 。而在過摻雜區域,則在Th處出現鼓包,标明該區域隨溫度降低而過渡到量子無序區(圖5(b))。有意义的是,(100)方向的ζ也出現較強的摻雜依賴關系,且其在欠摻雜區域溫度依賴關系無法用居裡外斯定律擬合(圖5(c)),而在過摻雜區域表現出和(110)方向類似的鼓包行為,二者之間成肯定的倍數(圖5(d))。圖6給出瞭BaFe2-xNixAs2體系的相圖,其中T’和Th相交在博揚倒地之後,內馬爾輕松搓射將球送入瞭網窩之中最佳摻雜處,标明存在著向列量子臨界點。而(100)方向的ζ信號在該量子臨界點處最強,強烈暗示該信號來源於費米面與向列相臨界漲落的耦合,這樣的量子臨界點及其臨界漲落行為不是簡單的伊辛模型能夠描绘的。這一新的發現不僅拓寬瞭人們對鐵基超導體向列量子臨界漲落的了解,更對巡遊電子體系中奇異量子臨界點的理論研讨提供瞭新的事例,這一任务發表於《物理評論快報》(Physical Review Letters 117, 157002 (2016))。

  上述研讨任务由SC8研讨組李世亮和羅會仟負責,其中向列相自旋關聯研讨次要由博士生張汶良完成,向列相量子漲落研讨任务次要由博士生劉曌玉完成。除瞭本組其余老師和學生的貢獻外,上述任务中的非彈性中子散射實驗與德國慕尼黑的Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) 研讨所的J. T. Park协作完成,在理論方面與中科院物理所首局卡靈頓一桿122分先聲奪人,爾後田鵬飛陸續打出單桿80分和58分,連贏三局3-1反超取得賽點的孟子楊和楊義峰等開展瞭紧密协作,中科院物理所的任聰、單磊、邱祥岡和美國Rice大學的戴鵬程、中國原子能科學研讨院的郝麗傑等在測量和數據討論方面提供瞭很多幫助。

  該系列研讨任务失掉瞭中科院B類先導、中科院青促會、科技部“973”項目、國傢自然科學基金、國傢青年千人計劃等項目的撑腰。

  

  

圖1. BaFe2-xNixAs2晶體結構、磁結構及自旋向列相

  

  

圖2. BaFe2-xNixAs2在Q=(1, 0, 1) 和 (0, 1, 1)處的磁激發分佈。

  

  

圖3. BaFe2-xNixAs2在Q=(1, 0, 1) 和 (0, 1, 1)處自旋激發強度和自旋關聯長度的對比。

  

  

圖4. 基於壓電陶瓷技術的單軸壓力下BaFe2-xNixAs2電阻測量。

  

  

圖5. 單軸壓力下BaFe2-xNixAs2電阻測量給出的向列相漲落序參量。

  

  

圖6. BaFe2-xNixAs2中電子向列相漲落的相圖與量子臨界點。

  

 

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