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[2018-06-29] 发现CaKFe4As4铁基超导体中的奇偶调制自旋共振模

CaKFe4As4材料是第一个真正意义上的双层铁基超导体,它源自于CaFe2As2和KFe2As2的交错堆叠。我们利用非弹性中子散射实验成功观测到了三个不同的自旋共振峰,这三重自旋共振模对应三种费米面嵌套下的三个超导配对通道。详细的测量分析说明,两个能量较低的共振模在空间上是正弦平方调制的奇模,而另一个能量较高的共振模在空间上则是余弦平方调制的偶模。无论是奇模还是偶模,其共振能量都低于两个嵌套费米口袋上的能隙绝对值之和,共振能量与能隙成线性正比,但共振峰值强度与能隙成线性反比。因此,用超导能隙将能更好地标度自旋共振能,并且同样适用于铜基超导体和重费米子超导体。这一工作发表在Phys. Rev. Lett. 120, 267003 (2018)。

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[2018-03-27] 发现112型铁基超导体的中子自旋共振模

中子自旋共振峰在铜基、铁基和一些重费米子材料中都被发现,表明其与超导有很强的关系。这一共振峰表现为体系的自旋激发在反铁磁波矢的某一能量(共振能量)在超导态强度迅速增加。在铁基超导体中,已经在很多体系中发现了中子自旋共振峰,但是对于其很多性质还仍然不够清楚。我们利用非弹性中子散射,详细研究了新型112结构的铁基超导体,成功发现其自旋共振峰。其共振能量与Tc满足铁基超导体中的标度关系。更重要的是,共振峰的强度和费米面结构无关,且具有空间各向同性。这一工作发表在Phys. Rev. Lett. 120, 137001 (2018)。

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[2017-10-13] 铁基超导体统一相图

人们通常认为,铁基超导体和铜基超导体类似,也存在着所谓“母体”,具有反铁磁长程序,而超导可以通过载流子掺杂获得。但是事实上,这些母体的有序磁矩差异很大,甚至有未经掺杂就已经超导的体系。而超导不仅可以通过载流子掺杂,也可以通过等价掺杂来获得。为了解决这些矛盾,我们研究了很多铁基超导材料的向列极化率,发现有序磁矩的大小与向列居里常数呈反比。据此,我们提出,可能存在一个严格意义上的铁基超导母体(HPC),它具有很大的有序磁矩及极弱的向列涨落。通过增强向列涨落,就可以抑制其反铁磁性并最终获得高温超导电性,而无所谓是载流子掺杂或是等价掺杂。该统一电子态相图的建立,为理解不同铁基超导体系中复杂的掺杂物理行为开启了一个崭新的视角,对铁基超导微观机理研究具有重要启示。

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[2016-11-25] 铁基超导体电子向列相中的自旋关联与量子涨落研究

向列相被发现广泛存在于多种凝聚态材料中,但是向列相的来源究竟是自旋驱动还是轨道驱动仍然不清楚。中子散射作为测量自旋关联的重要手段,能够详细探知由于自旋向列相导致的自旋关联长度的各向异性。作为物质的基态,向列相的量子相变又是引人关注的。从现有证据表明存在向列相的量子临界点,在其之上存在量子临界涨落行为。但是现有实验数据没有支持在向列相量子临界点之上存在漏斗形的量子涨落。而输运测量在四方相的100方向加压观察到涨落信号虽然不符合Ising向列相,但在量子临界点之上存在很强的涨落行为,表明该涨落与电子向列型量子临界点直接相关。

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[2015-04-17] 铁基“122”BaFe2(As1-xPx)2超导体中量子临界现象研究取得新认识

在凝聚态物理中,通过化学掺杂、压力、磁场等非温度因素调控来实现的零温下相变被称之为量子相变,如果发生的量子相变属于二级相变,那么其对应的零温下参量临界点就称之为量子临界点。理论上认为,量子相变及其相关涨落是非常规超导材料中诸多奇异量子物性的物理根源之一,确认量子临界点存在与否也成为实验上的重要挑战。在铁基超导体中,其母体中的反铁磁序可以被化学掺杂所抑制并诱发超导电性,因此人们自然推测在反铁磁序消失处可能存在量子临界点,主要理由是该区域附近总是伴随着非费米液体等奇异量子行为。然而,要取得量子临界点的决定性实验证据,必须证明长程磁有序的相变温度被化学掺杂逐渐连续地抑制到零温,即体现出零温下二级相变的行为。

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[2014-08-08] BaFe2−xNixAs2系统中正交相下加压后导致的向列自旋关联

在BaFe2−xNixAs2材料中,通过加压,我们发现,在很高的温度下,尽管晶体为四方相,但是其自旋激发却破坏了面内四重对称性,呈现出与低温下正交相相同的两重对称性。这种自旋激发的各向异性截至温度与电阻测量所获得的向列转变温度相同,因此说明电子向列相与自旋系统紧密相关。

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[2013-12-04] 铁基高温超导机理的中子散射研究取得重要进展

我们利用时间飞行谱仪,详细研究了122铁基超导家族中空穴、电子型两类掺杂的高能激发谱是如何随着掺杂而变化的,揭示出其与高温超导之间的重要关系,即高温超导图像中必须同时具有来自局域磁矩的高能自旋涨落和来自于巡游电子的低能磁激发,两者之间的耦合可能是形成高温超导电性的关键。该结论为铁基高温超导机理的微观理论模型提供了明确的实验基础和研究方向,对理解高温超导电性有着重要意义。

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通过中子散射首次发现kagome材料Cu4(OH)6FBr的结构由室温的六角结构转变为低温的正交结构,并且首次给出了反铁磁磁结构,表明其磁矩主要来源于层间铜。结合磁化率、比热和XRD测量,给出了反铁磁序随Zn掺杂的演化,发现其体反铁磁序转变温度随掺杂下降,并在x=0.4处消失,而残余的层间铜可能存在着短程反铁磁序,其转变温度随掺杂几乎不变并一直延续到x>0.8的高掺杂区与。文章发表在Phys. Rev. B 98, 155127 (2018)

结合弹性中子散射、高精度x-射线、电阻和霍尔系数测量详细研究了BaFe1.9−xNi0.1CrxAs2体系的磁有序,发现其反铁磁序结构一直到x=0.8掺杂处也未发生改变,且反铁磁转变温度基本不变。但是其有序磁矩先增加在减小,在x=0.5处达到最大值,与霍尔系数变号的掺杂浓度一致。这些结果表明有序磁矩和反铁磁转变温度可以在化学掺杂后不再直接关联。文章发表在Phys. Rev. B 98, 014512 (2018)

通过非弹性中子散射对CaKFe4As4铁基超导体进行研究,我们成功发现其自旋共振模存在三个模式,分别位于三个不同的能量。两个能量较低的共振模在空间上是正弦平方调制的奇模,而另一个能量较高的共振模在空间上则是余弦平方调制的偶模。因此,铁基和铜基两个高温超导家族中的自旋共振现象本质上完全一致,即为超导态下spin-1的集体激发态,可以存在奇偶调制模,两者皆是自旋涨落驱动下的超导配对机制。该研究结果对理解高温超导微观机理具有非常重要的启示。文章发表在Phys. Rev. Lett. 120, 267003 (2018)

恭喜刘曌玉、张汶良、毛慧灿顺利通过博士论文答辩!

通过非弹性中子散射对112结构铁基超导体中子共振峰的研究,我们成功发现了其中的自旋共振模。自旋共振能与Tc满足铁基超导体系中的标度关系:ER=4.9kBTc,自旋共振强度不与其费米面结构直接相关,且具有空间各向同性,与Spin-1集体激发模图像吻合。文章发表在Phys. Rev. Lett. 120, 137001 (2018)

恭喜龚冬良顺利通过博士学位答辩!

通过单轴压力下电阻测量对系列铁基样品母体和和掺杂样品的向列相进行了详细研究,发现反铁磁有序磁矩反比于其向列相的居里常数。这暗示铁基超导体的磁基态可以通过调节向列涨落的强度获得。因此,我们可以建立一个统一的相图,在其中超导是由某一假设母体中获得的,该母体具有很大的有序磁矩及较弱的向列涨落。 文章发表在Phys. Rev. Lett. 119, 157001 (2017).

通过电阻、磁化率和单轴压力电阻测量,我们精确获得了Sr1−xBaxFe1.97Ni0.03As2体系中反铁磁相变与向列相相变的温度,建立了详细相图,发现了反铁磁相变为二级而向列相相变仍为一级的区域,与相关理论非常符合。文章发表在Phys. Rev. B 96, 104514 (2017).

我们生长了系列Ca1−yLay Fe1−xNixAs2单晶,通过输运、中子衍射等方法建立了该体系的三维掺杂相图,文章发表在Supercond. Sci. Technol. 30, 095002 (2017)

利用中子衍射结合输运手段对铁基超导体ThFeAsN的研究表明其超导可能来源于氮缺陷或氧替代氮导致的掺杂及较低的砷高度,文章发表在Europhysics Letters 117, 57005 (2017)

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