物理所等在新型鐵基超導體高壓研究中取得進展
2012-05-11
最近，中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室(籌)超導實驗室趙忠賢院士課題組孫力玲研究員和博士生郭靜及其合作者，與美國卡內基研究院地球物理實驗室毛河光院士、陳曉嘉博士等合作，在新型鐵基超導體高壓研究方面取得新進展。該項研究結果發(fā)表在近期的《物理評論快報》上【PRL 108，197001(2012)】。
超導電性是物質在較低溫度下呈現(xiàn)出的一種宏觀量子現(xiàn)象。通過施加外界壓力或磁場可以改變超導體的超導溫度，甚至可以完全抑制超導體的超導電性或使某些不超導的物質出現(xiàn)超導電性。定性的來講，產生這些物理現(xiàn)象的微觀機制在于物質超導電性是由其晶體結構、電荷、軌道和自旋的狀態(tài)及其相互作用所決定的，而這些因素對超導電性的影響可以通過外部參數(shù)的改變，如施加壓力、磁場等進行調控。其中，壓力是一種有效的調控方法。它的獨特之處在于不用改變研究系統(tǒng)的化學構成就能實現(xiàn)對系統(tǒng)的電子結構和晶體結構及其相關合作現(xiàn)象的有效調控，從而產生新的物理現(xiàn)象，同時能為揭示其內在的物理機制提供壓力維度下的實驗證據(jù)。
趙忠賢院士課題組及合作者通過對新型鐵基硫族化合物超導體K0.8FeySe2(其中y=1.7,1.78)的高壓原位輸運性能和同步輻射X射線衍射測量發(fā)現(xiàn)，這種材料在9.2-10.3GPa產生了由金屬費米液體行為到非費米液體行為的轉變，同時伴隨著由反鐵磁向順磁磁性的轉變，并且鐵有序缺位的特征峰消失。這些實驗結果表明，這種新型鐵基超導體在這一壓力范圍內發(fā)生了量子相變。
通常認為，強關聯(lián)電子系統(tǒng)中的由壓力引起的量子相變能夠導致系統(tǒng)出現(xiàn)量子相干態(tài)，在足夠低的溫度下，處于這種量子相干態(tài)的體系會產生超導電性，如重費米子超導體及有機超導體中都發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。根據(jù)這一實驗結果可以推測，前不久《自然》雜志(Nature483,67–69，1March2012)報導的該研究小組在這種新型鐵基超導體中發(fā)現(xiàn)的由壓力誘導的第二個超導相變(即這類超導體的超導轉變溫度隨著壓力的升高而逐漸降低，直至消失;而當壓力高于10GPa，系統(tǒng)進入了第二個超導態(tài))是由這個量子相變所驅動的。
本研究的實驗樣品由物理所陳小龍研究員小組提供。同步輻射X射線衍射實驗在上海光源BL15U1線站上完成。
上述研究工作得到國家自然科學基金委、科技部和中國科學院相關項目的資助。
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