王亚愚教授研究组铁基超导体电子相图的研究进展

2012年1月01日

王亚愚教授研究组铁基超导体电子相图的研究进展 2012-7-20

铁基超导体是铜氧化物超导体发现之后另一类转变温度超过40K的高温超导材料,具有与铜氧化物类似的电子相图。其母体存在长程磁有序态,将其压制后可以诱导出高温超导态。目前研究铁基超导体的理论模型包括从强关联效应出发的局域磁矩模型和考虑母体基态为金属的巡游电子模型。研究铁基超导体的电子相图,澄清其电子结构如何随掺杂而演变,将对理论模型的选择做出必要的限制。然而,目前关于铁基超导体相图的研究还很不全面,对于某些区域的理解还缺乏必要的实验证据。比如,母体的自旋密度波能隙还没有被直接观测到,赝能隙态的存在与否也还有争议。

最近,我系博士研究生周晓东、蔡鹏、阮威等人在导师王亚愚教授的指导下,与中国科学技术大学陈仙辉教授研究组和清华大学高等研究院翁征宇教授研究组合作,对铁基超导体NaFe1-xCoxAs的电子相图进行了扫描隧道显微学研究。他们对材料在母体、最佳掺杂、过掺杂和极度过掺杂区域的电子结构进行了系统的扫描隧道谱测量。首先,他们第一次直接观察到了母体中的反常自旋密度波能隙。该能隙随着掺杂消失,并在最佳掺杂处被超导能隙取代。其次,他们在相图的过掺杂区观察到了存在于超导转变温度之上的赝能隙,该赝能隙与超导能隙微观共存。最后,实验测量的大能量尺度的扫描隧道谱显示无法用单电子能带理论解释的电子结构。通过与翁征宇教授及其博士研究生尤亦庄的讨论,他们利用“巡游电子与局域磁矩共存”的理论模型,对上述实验现象给出了很好的解释。该实验工作表明,要理解铁基超导体的电子结构在相图中的演化行为,必须同时考虑巡游电子和局域磁矩的作用,这也是理解铁基超导体超导机制的理论出发点。特别地,实验在相图过掺杂区域观察到了赝能隙,这一现象目前还没有理论可以完全解释,其物理机制还需要进一步的研究。该成果以“Evolution from Unconventional Spin Density Wave to Superconductivity and a Pseudogaplike Phase in NaFe1-xCoxAs ”为题发表在2012年7月17日的Physical Review Letters 上。