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新型插層鐵硒超導(dǎo)材料磁性研究獲進(jìn)展

2017-05-04 15:00:42 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：新浪新聞分享至：

近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所副研究員劉大勇、研究員鄒良劍與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室教授孫喆合作，在新型插層鐵硒超導(dǎo)材料（Li1-xFex）OHFeSe磁性研究方面取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)這類體系存在局域和巡游共存的磁性，并提出插層磁性可以作為調(diào)控超導(dǎo)層中與超導(dǎo)配對(duì)相關(guān)的自旋漲落的一種新機(jī)制。相關(guān)成果以Coexistence of localized and itinerant magnetism in intercalated iron-selenide （Li,Fe）OHFeSe 為題發(fā)表在new journal of physics（19, 023028 （2017））雜志上。

目前為止，發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)材料主要有鐵磷族和鐵硫族化合物，其中后者的鐵硒超導(dǎo)材料由于其較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度備受關(guān)注。雖然塊體FeSe的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度只有8K，但是通過(guò)調(diào)控其晶格結(jié)構(gòu)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可以得到極大的提高。例如，塊體FeSe通過(guò)加壓，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可以到37K，插層鐵硒材料K1-xFe2-ySe2達(dá)到30K，特別是生長(zhǎng)在SrTiO3襯底上的單層FeSe（Fe/STO）可以達(dá)到65 K以上甚至110 K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。目前，理論研究一般認(rèn)為鐵基超導(dǎo)材料的超導(dǎo)機(jī)制主要與超導(dǎo)鄰近的反鐵磁和費(fèi)米面的空穴/電子型口袋的嵌套相關(guān)。最近發(fā)現(xiàn)的新型插層鐵硒超導(dǎo)材料（Li1-xFex）OHFeSe，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc高達(dá)40 K以上，不僅晶體結(jié)構(gòu)上沒(méi)有出現(xiàn)類似插層鐵硒材料K1-xFe2-ySe2中的Fe空位，而且電子結(jié)構(gòu)上具有空穴型口袋缺失的新穎費(fèi)米面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此新型插層鐵硒超導(dǎo)材料（Li1-xFex）OHFeSe已成為鐵硒超導(dǎo)材料的重要研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行深入研究有可能澄清鐵基超導(dǎo)材料研究中的一些關(guān)鍵爭(zhēng)議問(wèn)題。

為了研究（Li1-xFex）OH層和FeSe層中兩類不同F(xiàn)e的性質(zhì)，研究人員采用計(jì)算和理論模型相結(jié)合的方法研究和分析了理想體系LiOHFeSe和實(shí)際材料（Li0.8Fe0.2）OHFeSe的電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)（Li1-xFex）OH層的Fe離子具有+2價(jià)態(tài)，因此（Li0.8Fe0.2）OH插層相當(dāng)于為FeSe層提供電子，具有與FeSe/STO非常接近的電子結(jié)構(gòu)。插層基態(tài)為絕緣反鐵磁（圖1），表現(xiàn)為局域磁性；而FeSe層為巡游的條紋反鐵磁壞金屬（圖1）；層間則為鐵磁耦合，（Li0.8Fe0.2）OHFeSe材料的磁結(jié)構(gòu)如圖2所示。因此磁插層（Li1-xFex）OH不僅作為空間隔絕層，還可以通過(guò)層間耦合調(diào)控FeSe層中與超導(dǎo)配對(duì)相關(guān)的自旋漲落。此外，為了研究材料Fe的自旋間的磁相互作用，研究人員還構(gòu)建了J1-J2-J3-J'1-J'2-Jc Heisenberg模型，并給出了磁耦合常數(shù)，可以為以后的中子散射實(shí)驗(yàn)和自旋波等相關(guān)實(shí)驗(yàn)和理論工作提供物理參數(shù)。