单轴压力下铁基超导体的向列涨落研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:dairyboy126
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从1911年超导体被发现到现在,人们对超导体的研究已有百年多的历史。不论是从实验上还是理论上,超导体都表现出了极其丰富的物理内涵。2008年发现的铁基超导体为超导体的研究注入了新的力量。铁基超导体与铜基超导体相比,具有比较高的超导转变温度,高的上临界场和低的各向异性。同时还存在超导和反铁磁序共存,以及多带的电子结构,使得研究铁基超导体的机理更加复杂。借鉴铜氧化物的母体的概念,四种主要的铁基超导体系对应四类性质各异的母体,有的是超导的,有的是不超导的,有的有反铁磁序,有的没有反铁磁序,性质差别较大。对母体进行载流子的掺杂,出现反铁磁序和结构相变被抑制,出现向列序,量子临界点等特性。载流子掺杂作为超导体研究中常用的手段,不同的载流子以及掺杂量在不同的超导材料中表现的作用是不一样的,掺杂对超导的微观机理的影响也是不明确的。而向列相作为一种新的电子态,紧邻超导和反铁磁,其电子态的来源与超导和反铁磁有着相似的性质,同时向列相也是铁基超导体中普遍存在的一种物理现象。反铁磁,向列相和超导三者之间相互作用,紧密关联。反铁磁和向列相的来源以及二者对超导的作用存在很多争议。电子与电子之间的相互关联对铁基超导体的正常态,超导态以及其他的序参量的研究有至关重要的作用。本文主要从实验现象上研究铁基超导体的向列相涨落和反铁磁序以及超导的关系,同时还包括样品生长以及中子散射的相关工作的介绍。研究内容主要包括:(1)研究了不同体系铁基超导体的向列相涨落,建立了铁基超导体的普适相图。测量了一系列的铁基超导体母体样品以及掺杂的部分体系的样品,包括“1111”,“111”,“122”,“11”,“112”体系。我们利用压电陶瓷提供单轴压力,在单轴压力下测量了不同体系铁基超导体的电阻,定义了电阻随着压力的变化率为向列相的极化率。测量的所有样品的向列相的极化率在结构相变温度之上都可以用居里外斯函数来拟合,拟合得到的居里常数代表了向列相的涨落强度。我们发现向列相的居里常数|An|-1和静态磁矩M之间存在着线性关系,由此建立了铁基超导体的普适相图。铁基超导体中存在向列相涨落很弱,磁矩很强的铁基超导体的母体,随着向列相涨落强度的增加,反铁磁逐渐被抑制掉,当向列相的强度增加到一定程度时,超导出现,同时在最佳掺杂样品附近可能存在着向列相的量子临界点。(2)研究了“Ba122”不超导体系向列相的涨落和超导的关系。研究的样品包括Ba(Fe1-xTmx)2As2(Tm=Mn,Cr,V,Cu),Ba(Fe0.97Cr0.03)2(As1-xPx)2,Ba(Fe1-xTmx)2(As0.69P0.31)2(Tm=Mn,Cu)。除了Ba(Fe1-xCux)2As2体系外,其他体系都不满足前面提到的|An|-1和M之间的线性关系,所有的样品的向列相的涨落强度都比较弱不足以诱导超导的出现,这也从反面证明了只有向列相的涨落强度到一定程度时才能出现超导电性。Ba(Fe1-xCux)2As2体系存在|An|-1和M之间的线性关系,却没有出现超导,可能与长程的反铁磁序变成了短程的反铁磁序一直没有消失且只有低温的向列相涨落被抑制有关系。同时还研究了NaFe1-xNixAs体系的向列相涨落。在这个体系中存在着两种不同类型的向列相涨落。向列相的涨落强度会导致电阻的温度依赖关系偏离幂指数。同时也暗示了向列相的涨落强度是和电子之间的关联紧密相连的。(3)第一次成功的生长了超导的La0.34Na0.66Fe2As2的单晶样品,该单晶样品存在106K的反铁磁相变和27K的超导相变。两个中子散射实验的介绍,包括用非弹性中子散射手段测量Na2Ti2Sb2O中的声子谱,研究材料中电荷密度波的来源,以及用中子衍射研究Ba8TmNb6O24(Tm=Co,Mn)多晶样品的磁结构,寻找自旋液体基态存在的证据。
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