鐵基超導體中的磁性及其關聯問題

《鐵基超導體中的磁性及其關聯問題》是依託中山大學，由姚道新擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鐵基超導體中的磁性及其關聯問題
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：姚道新
• 依託單位：中山大學

中文摘要

鐵基超導體的發現，掀起了新一輪的高溫超導研究熱潮，磁性在其中扮演重要角色。本項目將系統地研究鐵基超導體中的未解決磁性及其關聯問題，探索鐵基超導體在不同溫度、摻雜、壓力、晶體結構下的微觀磁結構、磁激發、超導配對態、軌道特性、晶格耦合效應等。本項目將使用局域磁模型來研究鐵基超導體在不同磁微觀有序態下的磁激發、量子相變、有限尺寸效應等。對於鐵砷超導體中的砷替代效應，本項目將採用蒙特卡羅方法來模擬無序摻雜效應，發現可能的量子相變，預測磁激發，並和實驗結果對照。在超導配對態方面，我們將使用雙軌道Hubbard模型來研究超導序參量隨摻雜的變化。本項目將使用適當的局域磁模型來研究11類鐵基超導體中的沙漏狀（Hourglass）磁激發和STM實驗所發現的帶狀（Stripe）電子納米結構。我么也將和實驗相結合，研究鐵基超導體的壓力效應。本項目對探索鐵基高溫超導體的物理原理和套用具有重要價值。

結題摘要

鐵基超導體的磁性對研究高溫超導機理和發現新的超導體具有重要意義。本項目系統地研究了鐵基超導體的各種自旋-電荷分布，探討了他們隨電子關聯作用、摻雜、壓力、溫度等因素變化的行為，分析了他們對能帶結構和超導電的影響，研究了他們的磁激發特徵，取得了一系列重要的成果。通過實空間的多軌道Hubbard模型計算方法，我們研究了鐵砷超導體中的自旋和電荷帶狀相（Stripe），摻雜以後帶狀相可以進一步變為短程的棒狀相（Nematic phase），可以解釋中子散射實驗中所發現的非公度磁共振峰，同時為探索高溫超導機理提供微觀圖像。我們還研究了KFeSe類鐵基超導體的磁性基態，發現了和實驗相一致的反鐵磁結構，預測了磁性金屬態，後被有關實驗所證實。和中子散射實驗小組合作，我們研究了RbFeSe的微觀磁性結構，提出了相應的理論模型，發現絕大多數鐵基超導體的次近鄰相互作用具有相似的大小，對鐵基超導體的超導配對態起著重要的作用。通過動態磁化率的理論和中子實驗比較，進一步確定鐵砷超導體的超導配對態應該是S+-波。基於實空間的兩軌道t-J模型、BdG方程和蒙特卡洛方法，我們研究了鐵砷超導體的磷摻雜效應，發現會導致磁相變和超導相變。我們還研究了壓力對鐵基超導體的磁相變和結構相變的影響, 探討了自旋-晶格耦合效應，發現鐵基超導體的層間交換相互作用對壓力比較敏感，從而影響鐵離子的有效磁矩，從而對磁相變和結構相變產生重要影響。同時我們提出了基於鐵基超導體的多軌道量子自旋模型，通過自己開發的變分蒙特卡羅方法，發現系統演化出豐富的磁有序，例如隱藏的帶狀相、奈爾相和搖擺相等，可以解釋鐵基超導體所呈現出的巨大磁矩變化。