王亚愚研究组在铁基超导体磁性与超导微观共存的研究中取得进展

2013年3月12日

王亚愚研究组在铁基超导体磁性与超导微观共存的研究中取得进展

近年来发现的铁基超导材料具有长程磁有序的母体,当其受到掺杂等因素压制之后高温超导态才呈现出来,因此人们普遍认为磁相互作用对于超导库伯对的形成起着关键作用。铁基超导体相图中的关键问题之一是在磁有序态和超导态转化过程中二者能否微观共存,而关于这点一直众说纷纭。扫描隧道显微镜可以直接在原子尺度上探测材料的微观电子结构和电子能谱,是研究复杂材料中有序相微观共存的理想工具。

最近,实验室博士研究生蔡鹏、周晓东、阮威等在导师王亚愚教授的指导下,与中国科技大学陈仙辉教授和美国加州大学伯克利分校李东海教授合作,利用扫描隧道显微镜对欠掺杂的NaFe1-xCoxAs铁基高温超导体进行了研究。他们通过隧道电子谱测量,首先表征了母体中电子-空穴不对称的自旋密度波能隙以及最佳掺杂样品中电子-空穴对称的超导能隙,并发现它们在空间是均匀分布的。在欠掺杂样品中,他们在空间同一点观测到这两个不同能隙的特征,通过精确追踪原子尺度的局域电子能谱随温度的变化,证实了自旋密度波和超导相在空间上微观共存。在此基础上,他们发现自旋密度波能隙与超导能隙的电子谱强度呈现负关联,显示二者存在竞争关系。该工作表明,在超导温度以上自旋密度波在费米面上部分打开能隙,当温度降到超导临界温度以下时剩余的费米面上打开了超导能隙。因此自旋密度波引起了费米面的重构,而库伯对产生于这重构后的费米面,并可能和自旋密度波竞争费米面的权重。

这项实验工作揭示了自旋密度波和超导的微观共存现象,澄清了相图欠掺杂区域的疑问,为进一步确定铁基超导序参量对称性和配对机制提供了新的线索。而自旋密度波与超导态的竞争关系与铜氧化物超导体中可能存在的赝能隙态和超导态的竞争关系有相似之处,这意味着库伯对和密度波的竞争关系在强电子关联体系中可能是普遍存在的。该研究成果以“Visualizing the microscopic coexistence of spin density wave and superconductivity in underdoped NaFe1-xCoxAs”为题发表在3月12日的Nature Communications上。