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铁基超导体母体自旋密度波研究取得新进展

铁基超导体是目前超导和强关联电子系统研究领域关注的热点之一。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室王楠林研究员领导的课题组继续在这一领域开展深入研究。

铁基超导体系的重要特征之一是存在竞争序。在铁基超导体研究的初期,王楠林研究组与方忠研究组合作通过比热、光电导谱测量和第一性原理计算首先提出了铁基超导体母体具有自旋密度波不稳定性,超导和自旋密度波不稳定性相互竞争,并从费米面叠套(即巡游电子图象)预言了在自旋密度波基态下母体的条纹状反铁磁序。其后的中子衍射实验证实了上述预言。但基态的磁结构也可从局域电子的超交换相互作用得到。理论上人们知道,只要Fe-Fe之间通过As为桥梁发生的次近邻超交换相互作用大于最近邻之间的超交换相互作用的一半时,就应该形成条纹状反铁磁序。判断到底是巡游电子图象还是局域电子图象更为恰当成为当前铁基体系前沿研究的重要物理问题之一,牵涉到认识和理解铁基超导体的基本出发点。王楠林课题组继续对这一问题进行深入研究。课题组陈根富研究员生长了高品质的BaFe2As2和SrFe2As2母体单晶样品,胡婉铮、董静、李岗等博士生测量了样品从远红外到紫外的光反射谱并进行了细致的分析,发现两种母体样品在自旋密度波相变发生前后均是良好的金属,相变发生前具有较高的等离子体频率(略大于1.5 eV)。自旋密度波长程序建立之后,光电导谱上显示出清晰的能隙打开,特别令人惊奇的是存在两个不同大小的能隙特征,反映出在该多能带体系相变导致的费米面能隙打开较为复杂。实验结果表明,自旋密度波相变的发生使得绝大部分(近90%)的自由载流子由于能隙打开而丢失,这意味着费米面的大部分区域都打开了能隙。然而伴随着散射通道的减少,残余费米面的载流子所受的散射率下降更快。这是直流电阻观察到更好金属性的原因。由于相变前的等离子体频率较高,且导电来源于铁的3d电子,说明从巡游电子图象来理解自旋密度波不稳定性是合适的。但该光谱实验还表明在很高能量(约0.6 eV)存在另一个能隙状特征,并且该特征存在于相变温度之上。这一现象表明铁基超导体在发生自旋密度波相变前并非是一个简单金属,电子间关联效应依然是需要考虑的。该工作已发表在Phys. Rev. Lett. 101, 257005 (2008)。

该研究工作得到中国科学院、国家自然科学基金委和科技部相关项目的资助。

相关联接:

Origin of the Spin DensityWave Instability in AFe2As2 (A = Ba, Sr) as Revealed by Optical Spectroscopy

 

 

 

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