超導(dǎo)材料的自旋漲落和電子平帶結(jié)構(gòu)研究獲進展
美國萊斯大學教授戴鵬程、博士李鈺，以及北京師范大學教授殷志平課題組與中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員沈大偉和副研究員劉中灝等課題組開展合作研究，利用中子散射、角分辨光電子能譜實驗測量和動力學平均場理論計算，對高質(zhì)量的SrCo2As2單晶的自旋漲落和電子能帶結(jié)構(gòu)進行研究，首次提供了該材料中存在與電子平帶結(jié)構(gòu)有關(guān)的反鐵磁和鐵磁自旋漲落共存的直接實驗證據(jù)。相關(guān)論文“Coexistence of Ferromagnetic and Stripe Antiferromagnetic Spin Fluctuations in SrCo2As2”發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters 122, 117204 (2019)）。
在鐵基超導(dǎo)材料122體系A(chǔ)Fe2-xCoxAs2 (A=Ca,Sr,Ba)中，Co元素摻雜壓制了材料母體的反鐵磁序，形成自旋單態(tài)電子配對的超導(dǎo)體。從電子結(jié)構(gòu)上看，一般認為體系的反鐵磁相和超導(dǎo)電性是由費米面嵌套引起的。Co摻雜在材料中引入了電子。隨著Co摻雜比例增加，體系電子關(guān)聯(lián)強度變?nèi)?，化學勢上升，費米能級附近的dx2-y2電子軌道形成的平帶電子結(jié)構(gòu)開始對材料電子性質(zhì)起主要作用。
該工作結(jié)合動力學平均場理論計算和角分辨光電子能譜實驗測量，發(fā)現(xiàn)SrCo2As2費米能級附近的dx2-y2電子軌道在動量空間G-M方向上形成平帶結(jié)構(gòu)，而在其垂直方向上保持色散。中子散射測量得到材料中反鐵磁和鐵磁自旋漲落共存。鐵磁漲落的能量與電子平帶的能量相當，而計算表明總動態(tài)自旋極化率主要來自dx2-y2軌道貢獻。因此電子平帶與材料中的反鐵磁和鐵磁自旋漲落都有密切關(guān)系。在Co重摻雜區(qū)域，dx2-y2軌道靠近費米能級，鐵磁漲落增強。鐵磁漲落與和超導(dǎo)電子配對有關(guān)的反鐵磁漲落競爭，逐漸破壞了超導(dǎo)。該工作首次實驗揭示了鐵基超導(dǎo)體中電子平帶結(jié)構(gòu)與磁漲落的關(guān)系，對鐵基超導(dǎo)材料中的多軌道物理特性、軌道依賴的電子關(guān)聯(lián)強度和超導(dǎo)電子配對機制的研究都有重要意義。
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