《鐵基超導體中鐵位摻雜效應的核磁共振研究》是依託中國科學技術大學，由吳濤擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鐵基超導體中鐵位摻雜效應的核磁共振研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳濤
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
摻雜是調控材料物理性能的一種傳統方法，其套用非常廣泛，如半導體器件。而在關聯電子材料中，由於多種自由度的相互耦合，使得摻雜影響材料性能的物理機制十分複雜。2008年發現的新型鐵基高溫超導體就是一類通過摻雜實現超導電性的關聯電子材料，目前尚未對其摻雜作用機理形成系統完整的認識，特別是導電面內的摻雜作用，這極大阻礙了我們理解該體系的超導電性，亟需開展深入研究闡明其作用機理。本項目將利用核磁共振方法系統研究鐵基超導體中的鐵位摻雜效應。核磁共振對摻雜形成的局域電子態具有非常好的能譜分辨優勢，能夠實現對摻雜效應的局域研究，且不受表面效應影響。通過研究各種過渡金屬元素在鐵位摻雜對能譜的改變和相關奈特位移以及自旋-晶格弛豫率的測量，獲得鐵位摻雜對體系整體物理性能影響的重要信息，並建立相關物理圖像。在此基礎上，試圖理解摻雜效應對超導對稱性、電子液晶態和超導磁性共存的影響，為解決超導機理提供重要的實驗線索。
結題摘要
本項目的主要目標是希望通過摻雜效應的研究揭示鐵基超導體中的基本物理規律和新奇的物理現象。摻雜可以有效地引入載流子，從而該變體系的基態性質。在鐵基超導體中，電子摻雜和空穴摻雜都可以產生高溫超導電性，然而其機理並不是簡單地改變載流子的濃度，其電子關聯和能帶結構都會發生一定程度的改變。通過本項目，我們對摻雜效應進行了深入的研究，我們把主要研究體系放在了具有122結構的鐵砷基超導體和11結構的鐵硒基超導體。我們發現，在重空穴摻雜的鐵砷基超導體AFe2As2 (A= K, Rb, Cs)中，電子-電子關聯效應相比於母體化合物BaFe2As2具有顯著的增強，因此不能簡單的利用剛帶模型來理解空穴摻雜。通過系統的核磁共振實驗，我們發現該體系具有巡遊與局域共存的特徵。由於巡遊與局域電子之間的耦合，體系在低溫下會呈現出一個全新的相干電子液體態。這一轉化過程非常類似於重費米子材料中的非相干-相干轉變，因而可以理解成是一種3d電子系統中的重費米子液體態。通過我們的核磁共振，我們觀察到了一系列對應的實驗現象，例如奈特位移反常和自旋-晶格弛豫率的標度行為等，這些結果表明重空穴摻雜的鐵砷基超導體AFe2As2 (A= K, Rb, Cs)可以被視為是一種3d電子版的重費米子超導體。除此以外，我們在重空穴摻雜的鐵砷基超導體AFe2As2 (A= K, Rb, Cs)基礎上繼續進行Fe位的電子和空穴摻雜，發現Fe位的空穴摻雜具有很強的局域磁矩行為，並且會在摻雜濃度較高時形成磁有序，而電子摻雜則不會形成明顯的局域磁矩行為且沒有磁有序形成。這一結果表明，在重空穴摻雜的鐵砷基超導體AFe2As2 (A= K, Rb, Cs)中的Fe位的摻雜效應與母體化合物BaFe2As2非常類似，因而不隨體系關聯強度的大小而改變。另外，本項目還對結構最簡單的FeSe超導體及在其基礎上衍生出的(Li0.8Fe0.2)OHFeSe超導體進行了核磁共振研究，揭示了電子摻雜對體系高溫超導電性的作用。
