超導材料的自旋漲落和電子平帶結構研究獲進展

　　美國萊斯大學教授戴鵬程、博士李鈺，以及北京師范大學教授殷志平課題組與中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員沈大偉和副研究員劉中灝等課題組開展合作研究，利用中子散射、角分辨光電子能譜實驗測量和動力學平均場理論計算，對高質量的SrCo2As2單晶的自旋漲落和電子能帶結構進行研究，首次提供了該材料中存在與電子平帶結構有關的反鐵磁和鐵磁自旋漲落共存的直接實驗證據。相關論文“Coexistence of Ferromagnetic and Stripe Antiferromagnetic Spin Fluctuations in SrCo2As2”發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters 122, 117204 (2019)）。

　　在鐵基超導材料122體系AFe2-xCoxAs2 (A=Ca,Sr,Ba)中，Co元素摻雜壓制了材料母體的反鐵磁序，形成自旋單態電子配對的超導體。從電子結構上看，一般認為體系的反鐵磁相和超導電性是由費米面嵌套引起的。Co摻雜在材料中引入了電子。隨著Co摻雜比例增加，體系電子關聯強度變弱，化學勢上升，費米能級附近的dx2-y2電子軌道形成的平帶電子結構開始對材料電子性質起主要作用。

　　該工作結合動力學平均場理論計算和角分辨光電子能譜實驗測量，發現SrCo2As2費米能級附近的dx2-y2電子軌道在動量空間G-M方向上形成平帶結構，而在其垂直方向上保持色散。中子散射測量得到材料中反鐵磁和鐵磁自旋漲落共存。鐵磁漲落的能量與電子平帶的能量相當，而計算表明總動態自旋極化率主要來自dx2-y2軌道貢獻。因此電子平帶與材料中的反鐵磁和鐵磁自旋漲落都有密切關系。在Co重摻雜區域，dx2-y2軌道靠近費米能級，鐵磁漲落增強。鐵磁漲落與和超導電子配對有關的反鐵磁漲落競爭，逐漸破壞了超導。該工作首次實驗揭示了鐵基超導體中電子平帶結構與磁漲落的關系，對鐵基超導材料中的多軌道物理特性、軌道依賴的電子關聯強度和超導電子配對機制的研究都有重要意義。