钾铁硒核磁共振研究为理解高温超导机理提供新依据

于伟强 研究组 供稿 2011-05-13

近日，美国物理学会《物理》杂志对钾铁硒（KyFe2-xSe2）超导材料的研究进展进行重点报道，其中包含中国人民大学物理系于伟强、鲍威、陈根富、卢仲毅等几个研究组的多项成果。此外，2011年5月13日出版《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 106, 197001 (2011))还刊发了于伟强研究组关于钾铁硒超导材料的核磁共振研究成果。

1911年，荷兰莱顿大学的Heike Kamerlingh-Onnes意外地发现，将汞冷却到-268.98℃时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有类似特性，由于它的特殊导电性能，被称为超导态。这一发现获得了1913年诺贝尔物理学奖。零电阻效应具有无损耗运输电流的性质，这在国防、科研、工业上具有极大的意义。

2011年是超导现象发现一百年。百年来澄清超导机制、实现室温（高温）超导是几代物理学家魂牵梦萦的梦想。上世纪八十年代发现了铜氧化物高温超导材料。其超导转变温度（电阻消失的温度）达到高至约150K（约-123℃），但因为各种原因，其机理研究、实际应用均受到一定制约。2007年铁基高温超导材料发现，极大地推动了铜氧化物高温超导材料之后的又一轮研究热潮，并成为当前凝聚态物理研究的最热点方向之一。2010年底我国科学家发现了一类新的铁基高温超导材料钾铁硒，这为高温超导材料合成和机制研究提出了新的机遇和挑战。

超导配对对称性和自旋涨落与超导配对的关联是超导机制研究的两个核心问题。中国人民大学物理系于伟强教授研究组长期专注于上述两个问题的研究，得到了一系列研究成果，如Phys. Rev. B 81, 012503 (2010); 82, 180501 (2010); 83, 132501 (2011)等。最近，该研究组于伟强、马龙等采用自行设计、组建的固体核磁共振系统，并利用陈根富教授研究组的高质量单晶样品，对KyFe2-xSe2和同类(Tl,Rb)yFe2-xSe2等高温超导材料进行了核磁共振研究，率先报道了2 K~500 K温区的核磁共振实验结果。

他们通过对Knight位移和自旋晶格弛豫率的研究发现，钾铁硒是一种自旋单态的超导体，但其轨道对称性又不同于常规的s-波超导。另外，自旋晶格弛豫率表明，该超导材料的常规态在低温下符合费米液体行为，其低能自旋涨落很弱，但其赝能隙行为表明该系统可能存在高能的自旋涨落。该实验结果为从理论上研究这类材料的磁性元激发和理解高温超导机制提供了重要实验依据。