铁基超导的反铁磁和向列相及其量子临界性研究

发布时间：2020-06-04 21:24

【摘要】：非常规超导材料的超导形成机制及其中的奇异电子态是凝聚态物理研究中的重要课题。2008年发现的铁基超导拥有丰富的材料类型,并可以通过多种不同的调节参数,如元素替代、压力、化学插层以及不同薄膜的界面效应等导致超导,为非常规超导的研究提供了新的平台。这些调节参数也导致了复杂的相图,许多新奇的态,包括共线反铁磁、向列相以及非费米液体行为等出现在超导态的附近。尽管目前对铁基超导已进行了大量的研究,关于其超导形成的机制却仍为达成共识,但反铁磁和向列相的涨落被认为与超导的形成密切相关。此外,铁基超导总是出现在反铁磁和向列相消失的地方,暗示超导附近很有可能存在着量子临界点。显然,对于这些新奇的相和涨落的充分理解对理解铁基超导的机理非常重要。本论文将介绍我们关于铁基超导BaFe_2As_2体系中的反铁磁序与向列相以及其相关的量子临界行为进行的研究。主要内容包括:(1)利用中子散射研究了BaFe_(2-x)Ni_xAs_2中的自旋向列行为,完整的揭示了其中的低能自旋激发在向列相影响下的表现。我们详细测量了单轴压力退孪晶的BaFe_(1.935)Ni_(0.065)As_2样品中低能自旋激发的强度和宽度在(π,0)和(0,π)处的温度依赖关系,结果显示其自旋-自旋关联的强度和长度由于外加压力的原因均在高于结构相变温度的较高温度出现各向异性,而(0,π)处的自旋-自旋关联长度仍旧恰好在结构相变温度以下开始减小。对(0,π)处自旋-自旋关联长度的测量弥补了此处的实验空白,结果符合基于自旋驱动的向列相的理论预期。(2)通过将3%的Fe替换为Cr,BaFe_2(As_(1-x)P_x)_2中的超导被完全移除而浮现出一个伴随着非费米液体行为的反铁磁量子临界点。在众多的铁基超导材料中,BaFe_2(As_(1-x)P_x)_2被认为是最有可能存在着量子临界点的体系之一,但它始终隐藏在超导态之下,并很可能被超导相变所取消。而反铁磁和向列相的量子临界点均被暗示存在,使奇异的非费米液体行为主要受哪种量子涨落的控制也成为疑问。我们在BaFe_2(As_(1-x)P_x)_2中掺入3%的Cr而有效的压制了超导,从而揭示了被取消的反铁磁量子临界点,中子散射的研究显示其位置相对于超导的BaFe_2(As_(1-x)P_x)_2的预期位置偏移到更多P掺杂的地方。温度线性依赖的电阻行为、电子有效质量的增强以及非常规的ω/T的标度行为进一步确认了这一量子临界点。但Cr杂质似乎一定程度上破坏了向列相的关联,使得这一量子临界点不是向列相的。我们的结果揭露了BaFe_2(As_(1-x)P_x)_2体系中的量子临界点,并暗示铁基超导中的非费米液体行为可以仅由反铁磁量子临界涨落导致,这些结果加深了我们对铁基超导中量子临界现象的认识。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O511.3;O469

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本文编号：2696997