新型插層鐵硒超導材料磁性研究獲進展

　　近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所副研究員劉大勇、研究員鄒良劍與中國科學技術大學國家同步輻射實驗室教授孫喆合作，在新型插層鐵硒超導材料(Li1-xFex)OHFeSe磁性研究方面取得新進展，發現這類體系存在局域和巡游共存的磁性，并提出插層磁性可以作為調控超導層中與超導配對相關的自旋漲落的一種新機制。相關成果以Coexistence of localized and itinerant magnetism in intercalated iron-selenide (Li,Fe)OHFeSe 為題發表在new journal of physics（19, 023028 (2017)）雜志上。

　　目前為止，發現的鐵基超導材料主要有鐵磷族和鐵硫族化合物，其中后者的鐵硒超導材料由于其較高的超導轉變溫度備受關注。雖然塊體FeSe的超導轉變溫度只有8K，但是通過調控其晶格結構，超導轉變溫度可以得到極大的提高。例如，塊體FeSe通過加壓，超導轉變溫度可以到37K，插層鐵硒材料K1-xFe2-ySe2達到30K，特別是生長在SrTiO3襯底上的單層FeSe(Fe/STO)可以達到65 K以上甚至110 K的超導轉變溫度。目前，理論研究一般認為鐵基超導材料的超導機制主要與超導鄰近的反鐵磁和費米面的空穴/電子型口袋的嵌套相關。最近發現的新型插層鐵硒超導材料(Li1-xFex)OHFeSe，其超導轉變溫度Tc高達40 K以上，不僅晶體結構上沒有出現類似插層鐵硒材料K1-xFe2-ySe2中的Fe空位，而且電子結構上具有空穴型口袋缺失的新穎費米面拓撲結構。因此新型插層鐵硒超導材料(Li1-xFex)OHFeSe已成為鐵硒超導材料的重要研究對象，對其進行深入研究有可能澄清鐵基超導材料研究中的一些關鍵爭議問題。

　　為了研究(Li1-xFex)OH層和FeSe層中兩類不同Fe的性質，研究人員采用計算和理論模型相結合的方法研究和分析了理想體系LiOHFeSe和實際材料(Li0.8Fe0.2)OHFeSe的電子結構和磁性質，發現(Li1-xFex)OH層的Fe離子具有+2價態，因此(Li0.8Fe0.2)OH插層相當于為FeSe層提供電子，具有與FeSe/STO非常接近的電子結構。插層基態為絕緣反鐵磁(圖1)，表現為局域磁性；而FeSe層為巡游的條紋反鐵磁壞金屬(圖1)；層間則為鐵磁耦合，(Li0.8Fe0.2)OHFeSe材料的磁結構如圖2所示。因此磁插層(Li1-xFex)OH不僅作為空間隔絕層，還可以通過層間耦合調控FeSe層中與超導配對相關的自旋漲落。此外，為了研究材料Fe的自旋間的磁相互作用，研究人員還構建了J1-J2-J3-J’1-J’2-Jc Heisenberg模型，并給出了磁耦合常數，可以為以后的中子散射實驗和自旋波等相關實驗和理論工作提供物理參數。

　　上述研究成果得到了國家自然科學基金面上項目和重點項目的資助。