【摘要】：自銅氧化物高溫超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)以來,其超導(dǎo)機理一直是凝聚態(tài)物理學(xué)研究中的重大難題。因其機理不能被常規(guī)的BCS理論解釋,故也和重費米子超導(dǎo)體等一起被稱作非常規(guī)超導(dǎo)體。直到2008年,高溫超導(dǎo)家族第二個材料體系  鐵基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn),再次掀起了高溫超導(dǎo)研究的熱潮。人們開始總結(jié)這兩個高溫超導(dǎo)體系的特點,以期獲得啟發(fā),進而解決高溫超導(dǎo)機理這個科學(xué)難題。通過對比發(fā)現(xiàn),這兩個體系有一個顯著的共同點,即其母體材料通常是反鐵磁體,通過化學(xué)摻雜等方式可以逐漸抑制反鐵磁序,進而誘導(dǎo)出超導(dǎo),并往往在長程反鐵磁序即將消失的臨界點實現(xiàn)最佳超導(dǎo)電性。因此普遍認為:高溫超導(dǎo)電性可能和磁性相互作用密切相關(guān)。中子散射是研究凝聚態(tài)物質(zhì)中磁性的重要手段�？茖W(xué)家們利用中子散射技術(shù)已經(jīng)在高溫超導(dǎo)研究中取得了一系列的進展,其中代表性的結(jié)果就是在系列非常規(guī)超導(dǎo)體的低能自旋激發(fā)中發(fā)現(xiàn)的中子自旋共振模。中子自旋共振模是材料進入超導(dǎo)態(tài)以后,低能自旋激發(fā)在其母體反鐵磁波矢附近產(chǎn)生的具有特定能量的集體激發(fā)模式,其共振強度的溫度依賴關(guān)系類似于超導(dǎo)的序參量。中子自旋共振的能量也被證明可以和超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度以及超導(dǎo)能隙很好地線性標(biāo)度在一起。因此,自旋共振模可以作為磁激發(fā)誘導(dǎo)高溫超導(dǎo)中電子配對的有效證據(jù)。本文的內(nèi)容也將圍繞鐵基超導(dǎo)體的磁激發(fā)與中子自旋共振模展開。我們利用中子散射技術(shù),對Ca_(1-y)La_yFe_(1-x)Ni_xAs_2(112體系)及CaKFe_4As_4(1144體系)這兩個新型鐵基超導(dǎo)體系展開系統(tǒng)的研究,研究結(jié)果幫助我們加深了對鐵基高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性、磁性,以及二者關(guān)聯(lián)的理解。本文的研究內(nèi)容將包括以下幾部分:第一,利用輸運測量及中子衍射技術(shù)描繪了Ca_(1-y)La_yFe_(1-x)Ni_xAs_2這一新型112體系鐵基超導(dǎo)體的三維相圖。我們利用CaAs作為助熔劑,成功制備出較大尺寸且具有完全抗磁性的112型鐵基超導(dǎo)單晶。隨后,利用電、磁輸運測量,結(jié)合中子衍射技術(shù),我們得以描繪出Ca_(1-y)La_yFe_(1-x)Ni_xAs_2的三維相圖:結(jié)果表明,在Fe位摻雜引入Ni,可以逐漸抑制反鐵磁序,進而誘導(dǎo)出最佳超導(dǎo)電性,反映了反鐵磁序與超導(dǎo)電性共存與競爭的關(guān)系。第二,利用非彈性中子散射技術(shù)詳細研究了Ca_(0.82)La_(0.18)Fe_(0.96)Ni_(0.04)As_2的中子自旋共振模,并確認了其自旋共振能量與T_c的線性標(biāo)度關(guān)系。通過極化中子散射發(fā)現(xiàn)該自旋共振模是近乎各向同性的,這一點和理論中關(guān)于其從自旋單態(tài)到自旋三重態(tài)這一集體激發(fā)模式的要求相一致。第三,利用非彈性中子散射測量了新型1144型鐵基超導(dǎo)體CaKFe_4As_4的自旋激發(fā),我們在能量為9.5 meV、13 meV、18 meV附近共發(fā)現(xiàn)了三個自旋共振模,這里的多重自旋共振模與鐵基超導(dǎo)材料中多重費米面嵌套相契合,且這里的三個自旋共振能量均可以和對應(yīng)的嵌套費米面上的超導(dǎo)能隙值線性標(biāo)度在一起。更重要的是,18 meV附近的自旋共振模在動量空間的L方向呈現(xiàn)出偶數(shù)調(diào)制的行為,即在偶數(shù)位置處共振強度出現(xiàn)極大值,我們把這個共振模式稱作“偶�！�,這是第一次在鐵基超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)“偶模”。經(jīng)過仔細分析對比,我們發(fā)現(xiàn)這里出現(xiàn)的“偶�！迸c雙層銅氧化物高溫超導(dǎo)體中出現(xiàn)的“偶�！焙芟嗨�,可以用雙層結(jié)構(gòu)內(nèi)層間強的磁性耦合來解釋。由此,可知高溫超導(dǎo)體的銅基和鐵基兩個體系在自旋共振上應(yīng)有著共同的本質(zhì),這暗示著兩個體系有共同的高溫超導(dǎo)機理。第四,我們利用極化中子散射分析了CaKFe_4As_4中自旋激發(fā)的各向異性,確定了CaKFe_4As_4中9 meV附近為c方向極化的自旋共振模,12 meV附近為面內(nèi)分量占優(yōu)的自旋共振模,18 meV附近的偶數(shù)模為各向同性的共振模。此外,CaKFe_4As_4中的自旋各向異性與T_c偶合在一起,意味著與這種自旋激發(fā)各向異性相關(guān)的自旋軌道耦合可能與超導(dǎo)電性密切相關(guān)。第五,我們利用飛行時間譜儀測量了Ca_(0.82)La_(0.18)Fe_(0.96)Ni_(0.04)As_2和CaKFe_4As_4的自旋激發(fā)全譜,兩個材料自旋激發(fā)的色散行為和電子摻雜的BaFe_2As_2體系的結(jié)果非常相似,在磁布里淵區(qū)的邊界其自旋激發(fā)的帶頂出現(xiàn)在220 meV附近,顯示出鐵砷基超導(dǎo)體普遍相似的磁性相互作用。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O511.3

【參考文獻】

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1 李世亮;;利用中子散射研究鐵基超導(dǎo)體的磁結(jié)構(gòu)[J];物理;2014年08期

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本文編號：2616737