鐵基超導(dǎo)體中磁有序以及超導(dǎo)配對(duì)對(duì)稱性的角分辨光電子能譜研究.pdf

1、超導(dǎo)一直是凝聚態(tài)物理中最神奇也是最復(fù)雜的物理現(xiàn)象之一。自從超導(dǎo)現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來，理解其形成機(jī)理和提高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度就成了凝聚態(tài)物理界一直關(guān)注的焦點(diǎn)。2008年新型鐵基高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)又給這一研究領(lǐng)域注入了新的活力，也同時(shí)提出了新的挑戰(zhàn)。鐵基高溫超導(dǎo)體具有很多和銅氧化物高溫超導(dǎo)體類似的性質(zhì)。例如，兩者的最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度都高于40K，屬于高溫非常規(guī)超導(dǎo)體。兩者的相圖非常相似。母體材料都存在磁有序結(jié)構(gòu)，隨著摻雜，磁有序被壓制，高溫超導(dǎo)電性產(chǎn)生。所

2、以鐵基高溫超導(dǎo)體不僅為尋找更高轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)體提供了一個(gè)全新的空間，并且可能有助于我們理解在銅氧化物高溫超導(dǎo)體中，一直未解決的超導(dǎo)機(jī)理的謎題。
　　 同時(shí)，鐵基高溫超導(dǎo)體有很多獨(dú)特的性質(zhì)。例如，其母體材料具有金屬性，而不同于銅氧化物高溫超導(dǎo)中的絕緣體。在其磁有序轉(zhuǎn)變溫度以上一直存在著一個(gè)結(jié)構(gòu)相變。在這個(gè)結(jié)構(gòu)相變溫度以下，體系的對(duì)稱性從四度對(duì)稱降低到了二度對(duì)稱。對(duì)于鐵基高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)相，不僅載流子摻雜可以導(dǎo)致超導(dǎo)，通過化學(xué)壓力或

3、者物理壓力改變其晶格參數(shù)，同樣可以引入超導(dǎo)。要解釋鐵基高溫超導(dǎo)體這些豐富而又有趣的物理性質(zhì)，對(duì)于其電子結(jié)構(gòu)的深入理解是非常必要的。角分辨光電子能譜是研究固體電子結(jié)構(gòu)最為直接和有效的實(shí)驗(yàn)手段。在本文中，我將主要介紹一下，我利用角分辨光電子能譜的實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)鐵基高溫超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的系統(tǒng)研究。其主要結(jié)果包括：
　　 1.鐵基高溫超導(dǎo)體中電子結(jié)構(gòu)的基本特征和共性。我們對(duì)大多數(shù)鐵基高溫超導(dǎo)體的正常態(tài)電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探測(cè)。結(jié)果顯示其費(fèi)

4、米面和電子結(jié)構(gòu)具有相似的特征，具有多帶和多軌道的特性。隨著載流子的摻雜，電子結(jié)構(gòu)的變化主要體現(xiàn)在由載流子摻雜所導(dǎo)致的費(fèi)米能量的移動(dòng)。而隨著化學(xué)壓力的引入，也就是晶格參數(shù)的改變，電子結(jié)構(gòu)在費(fèi)米面、關(guān)聯(lián)性、軌道組分、維度等多方面發(fā)生了改變。我們所得到的電子結(jié)構(gòu)的基本特征和共性，為進(jìn)一步研究鐵基高溫超導(dǎo)體奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　 2.鐵基高溫超導(dǎo)體母體材料中磁有序與結(jié)構(gòu)相變的形成機(jī)理。我們首先利用了去孿晶實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及偏振依賴的角分

5、辨光電子能譜對(duì)于NaFeAs中的磁有序和結(jié)構(gòu)相變的機(jī)理進(jìn)行了研究。我們發(fā)現(xiàn)電子結(jié)構(gòu)在磁有序相溫度以上就發(fā)生了對(duì)稱性的改變，顯示出很強(qiáng)的二度對(duì)稱性。其電子結(jié)構(gòu)的重構(gòu)有非常強(qiáng)的軌道依賴特性。dyz和dxy軌道起了主要作用。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)顯示高溫下的磁漲落以及其和軌道自由度的耦合可能是導(dǎo)致磁有序相變和結(jié)構(gòu)相變的原因。同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)Fe1.06Te母體中的磁有序形成機(jī)理和其他FeAs類化合物并不相同。其磁有序的形成可能和較強(qiáng)的局域磁矩和電子結(jié)構(gòu)

6、的強(qiáng)關(guān)聯(lián)性有關(guān)。
　　 3.鐵基高溫超導(dǎo)體中超導(dǎo)的能隙分布以及其配對(duì)對(duì)稱性。通過測(cè)量最佳摻雜的Ba1-xKxFe2As2超導(dǎo)能隙在動(dòng)量空間的分布，我們發(fā)現(xiàn)費(fèi)米穿越幾乎相同的兩條對(duì)稱性不同的能帶，其超導(dǎo)能隙大小并不相同。這顯示出超導(dǎo)能隙具有很強(qiáng)的軌道依賴特性。同時(shí)，如果改變光電子能量，我們發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)能隙具有三維性，隨kz逐漸靠近Z點(diǎn)，一條能帶上的超導(dǎo)能隙大小顯著變小。對(duì)最佳BaFe2(As1-xPx)2超導(dǎo)體的能隙測(cè)量中，我們首次在

7、靠近Z點(diǎn)的費(fèi)米面上觀察到了能隙節(jié)點(diǎn)的存在，其形狀為水平環(huán)狀。此發(fā)現(xiàn)在s波對(duì)稱性下，統(tǒng)一了鐵基超導(dǎo)體中關(guān)于能隙節(jié)點(diǎn)的爭(zhēng)論。通過對(duì)軌道組分和費(fèi)米面形狀的研究，我們認(rèn)為節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)生和dz2軌道在費(fèi)米面上的互混以及費(fèi)米面的三維性有關(guān)。在KxFe2-ySe2中我們發(fā)現(xiàn)其具有不同于其他鐵基高溫超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)。其費(fèi)米面只包含電子型pockets，但同時(shí)其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度有31K。測(cè)量得到的超導(dǎo)能隙為各向同性沒有節(jié)點(diǎn)的能隙分布，大小為10.3meV。這一發(fā)