中国人民大学提供超导和反铁磁序微观共存的直接实验证据
于伟强 研究组 供稿 2012-11-30
近日，中国人民大学物理系于伟强核磁共振研究组、Bruce Normand理论研究组，与韩国浦项科技大学J. S. Kim材料研究组合作，利用固体核磁共振手段发现了欠掺杂Ba(Fe1-xRux)2As2高质量单晶样品中超导电性和反铁磁序在微观尺度共存的现象，阐明了Ru掺杂在BaFe2As2中引入配对载流子的微观机理，为理解铁基高温超导材料机理提供了一定的实验依据。相关结果发表于2012年11月出版的《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. 109, 197002 (2012)）上。
铁基高温超导体母体是反铁磁半金属。化学掺杂可以抑制其反铁磁长程序并诱导超导长程序。尽管一些测量显示这两种互斥的长程序在欠掺杂样品中可能共存，但这种共存是真正意义上的微观共存还是在样品的不同相中各自独立存在仍然是铁基超导研究领域广泛争论的问题。这对于理解超导配对机理有重要意义。核磁共振作为一种对超导电性和磁性均非常敏感的局域测量手段，非常适合研究此类问题。
最近，于伟强组博士研究生马龙等首先通过缜密的实验验证了样品的均匀性，排除了两种长程序在不同相中独立存在的可能性。在此基础上，他们测试了样品自旋晶格弛豫率与温度的关系（1/T1T曲线）。如图(a)所示，蓝色曲线随温度降低出现了显著的Curie-Weiss型上升，表明体系在该处存在一个反铁磁相变。在反铁磁临界温度（TN）以下，自旋涨落被逐渐抑制，曲线趋向常数。不过，该常数比母体材料的相应结果（红色曲线）要高约一个数量级，表明Ru掺杂产生了大量的巡游电子。当温度降低到超导临界温度（Tc）时，曲线开始明显下降。这表明巡游电子已经开始配对并打开了超导能隙。
这项工作为Ba(Fe1-xRux)2As2欠掺杂样品中超导电性和反铁磁性的微观共存提供了确凿的直接实验证据，并为描述过渡金属掺杂导致的超导行为和相共存现象提供了一些理论依据，有利于正确认识自旋涨落和高温超导机制的关联。
| 本工作受到了如下基金的资助 | |||
| 国家自然科学基金 |
11074304 11174365 |
科技部 |
2010CB923004 2011CBA00112 2012CB921704 |
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