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物理所等在新型鐵基超導(dǎo)體高壓研究中取得進(jìn)展
2012-05-11
最近，中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室(籌)超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室趙忠賢院士課題組孫力玲研究員和博士生郭靜及其合作者，與美國卡內(nèi)基研究院地球物理實(shí)驗(yàn)室毛河光院士、陳曉嘉博士等合作，在新型鐵基超導(dǎo)體高壓研究方面取得新進(jìn)展。該項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)表在近期的《物理評(píng)論快報(bào)》上【PRL 108，197001(2012)】。
超導(dǎo)電性是物質(zhì)在較低溫度下呈現(xiàn)出的一種宏觀量子現(xiàn)象。通過施加外界壓力或磁場(chǎng)可以改變超導(dǎo)體的超導(dǎo)溫度，甚至可以完全抑制超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性或使某些不超導(dǎo)的物質(zhì)出現(xiàn)超導(dǎo)電性。定性的來講，產(chǎn)生這些物理現(xiàn)象的微觀機(jī)制在于物質(zhì)超導(dǎo)電性是由其晶體結(jié)構(gòu)、電荷、軌道和自旋的狀態(tài)及其相互作用所決定的，而這些因素對(duì)超導(dǎo)電性的影響可以通過外部參數(shù)的改變，如施加壓力、磁場(chǎng)等進(jìn)行調(diào)控。其中，壓力是一種有效的調(diào)控方法。它的獨(dú)特之處在于不用改變研究系統(tǒng)的化學(xué)構(gòu)成就能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)及其相關(guān)合作現(xiàn)象的有效調(diào)控，從而產(chǎn)生新的物理現(xiàn)象，同時(shí)能為揭示其內(nèi)在的物理機(jī)制提供壓力維度下的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
趙忠賢院士課題組及合作者通過對(duì)新型鐵基硫族化合物超導(dǎo)體K0.8FeySe2(其中y=1.7,1.78)的高壓原位輸運(yùn)性能和同步輻射X射線衍射測(cè)量發(fā)現(xiàn)，這種材料在9.2-10.3GPa產(chǎn)生了由金屬費(fèi)米液體行為到非費(fèi)米液體行為的轉(zhuǎn)變，同時(shí)伴隨著由反鐵磁向順磁磁性的轉(zhuǎn)變，并且鐵有序缺位的特征峰消失。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種新型鐵基超導(dǎo)體在這一壓力范圍內(nèi)發(fā)生了量子相變。
通常認(rèn)為，強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)中的由壓力引起的量子相變能夠?qū)е孪到y(tǒng)出現(xiàn)量子相干態(tài)，在足夠低的溫度下，處于這種量子相干態(tài)的體系會(huì)產(chǎn)生超導(dǎo)電性，如重費(fèi)米子超導(dǎo)體及有機(jī)超導(dǎo)體中都發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以推測(cè)，前不久《自然》雜志(Nature483,67–69，1March2012)報(bào)導(dǎo)的該研究小組在這種新型鐵基超導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)的由壓力誘導(dǎo)的第二個(gè)超導(dǎo)相變(即這類超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度隨著壓力的升高而逐漸降低，直至消失;而當(dāng)壓力高于10GPa，系統(tǒng)進(jìn)入了第二個(gè)超導(dǎo)態(tài))是由這個(gè)量子相變所驅(qū)動(dòng)的。
本研究的實(shí)驗(yàn)樣品由物理所陳小龍研究員小組提供。同步輻射X射線衍射實(shí)驗(yàn)在上海光源BL15U1線站上完成。
上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目的資助。
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