物理所鐵基超導體中反鐵磁序與超導微觀共存研究獲進展

　　磁性與超導都是突出的量子現象，它們之間的關系是當今凝聚態物理中重要的研究對象。在最近發現的鐵基高溫超導體中，超導相和反鐵磁有序相鄰接，吸引了科學研究者極大的興趣。磁有序與超導能否微觀共存與超導能隙的對稱性以及配對機制有緊密的關聯。目前，鐵基高溫超導體中的超導能隙究竟是有符號變化的S+-對稱性，還是常規的S++對稱性，國際上還有爭論。理論工作指出，若反鐵磁有序和超導有序能微觀共存，則S++不穩定，而S+-對稱性極易實現。此外，反鐵磁有序和超導有序是否微觀共存，關系凝聚態物理中的另一個重大科學問題：量子臨界點以及量子臨界現象。

　　近兩年，中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)鄭國慶研究組與德國馬普研究所林成天小組合作，就以上問題對Ba1-xKxFe2As2體系開展了深入的核磁共振研究。最近，他們首次得到了鐵基高溫超導體中反鐵磁序與超導序微觀共存的確鑿證據。他們發現，鐵的3d電子同時導致反鐵磁和超導現象。他們還發現，共存區超導態的性質反常，值得今后更加深入的研究。

　　在這個工作中，該組的李政副研究員和周睿同學利用75As核磁共振對Ba0.77K0.23Fe2As2高質量單晶進行了詳細的研究，發現當溫度降低到反鐵磁轉變溫度TN = 46 K時，核磁共振譜產生劈裂(H||c軸)或平移(H||a軸);接著，對感受到內部磁場的核自旋進行了自旋晶格馳豫率1/T1 的測量，發現當溫度剛降到Tc =15K時，1/T1 明顯下降并呈T3 變化。這是反鐵磁序與超導序微觀共存的直接的證據。

　　他們還發現，1/T1的行為與最佳摻雜樣品Ba0.68K0.32Fe2As2截然不同【Z. Li et.al. Phys. Rev. B 83, 140506(R) (2011).】，1/T1 在剛進入超導后態的下降隨溫度的變化遠慢于最佳摻雜樣品。這說明與反鐵磁有序微觀共存的超導態是一種新奇的超導態，值得今后更加深入的研究，特別是理論分析。

　　該工作已作為“兩點文章”，以rapid communication形式發表在Physical Review B雜志【Phys. Rev. B 86, 180501 (R) (2012)】上。該研究工作得到了國家自然科學基金青年基金項目、科技部973項目的支持。

圖-1：核磁共振實驗得到的Ba_1-xK_xFe₂As₂相圖。方形符號為Néel溫度TN，圓形符號為超導轉變溫度T_c 。黃色區域為反鐵磁相，藍色區域為超導相，中間交疊的綠色區域為超導與反鐵磁微觀共存相。

圖-2：（a）和（b）分別是外加磁場H0平行于c軸和ab面時，TN之下反鐵磁有序相中⁷⁵As核所感受到的有效磁場的示意圖。紅色箭頭表示的是Fe磁矩的方向，磁矩平躺在ab面內，綠色箭頭表示的是內部磁場的方向，內部磁場平行于c軸方向，但Fe平面上下的⁷⁵As核所感受到的內部磁場方向相反。

圖-3：(a)和(b)分別是當外加磁場H//c和H//a時TN之上和之下⁷⁵As的核磁共振譜。(a)當H//c時，核磁共振譜上所有的峰發生了明顯的劈裂。(b) 當H//a時，核磁共振譜上所有的峰發生了明顯的移動。

圖-4：1/T₁ 的溫度依賴關系。直線為T³ 溫度關系。由于反鐵磁相變，1/T₁ 在TN處形成了一個峰，然后緊接著在T_c 處再次下降，說明反鐵磁有序與超導有序微觀共存。