廣州訊 高溫超導(dǎo)機(jī)理是凝聚態(tài)物理中研究超過30年的未解之謎，目前研究的主要問題之一是高溫超導(dǎo)體系的反鐵磁與超導(dǎo)電性關(guān)聯(lián)和電子態(tài)相圖。常見的高溫超導(dǎo)體系電子態(tài)相圖中，母體材料的反鐵磁序隨著摻雜量的增加逐漸被壓制，進(jìn)而表現(xiàn)出超導(dǎo)電性。反鐵磁序和超導(dǎo)電性之間通常存在競(jìng)爭(zhēng)并共存的關(guān)系，在欠摻雜區(qū)域共存、在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度最高的最佳摻雜區(qū)及過摻雜區(qū)反鐵磁序消失。然而通過非彈性中子散射研究發(fā)現(xiàn)反鐵磁漲落在過摻雜區(qū)依然存在，因此自旋漲落被認(rèn)為在高溫超導(dǎo)電子配對(duì)中可能起到了“膠水”的作用。

112型鐵基高溫超導(dǎo)體Ca1-xLaxFeAs2具有特殊的磁性-超導(dǎo)相圖，其Fe2+的反鐵磁在過摻雜區(qū)域表現(xiàn)出對(duì)摻雜濃度的魯棒性。但是，母體與低摻區(qū)域樣品無法合成使得該體系電子態(tài)摻雜相圖無法繪制完整，給人們理解過摻雜區(qū)域反鐵磁序在超導(dǎo)配對(duì)中的作用帶來了困難。

圖1. Eu1-xLaxFeAs2的電子態(tài)相圖

有鑒于此，中山大學(xué)物理學(xué)院中子科學(xué)與技術(shù)中心王猛教授課題組系統(tǒng)研究了具有雙磁性離子的112型鐵基高溫超導(dǎo)Eu1-xLaxFeAs2體系的磁性與超導(dǎo)電性，發(fā)現(xiàn)該體系材料由于Eu2+與Fe2+兩種磁性離子耦合表現(xiàn)出交換偏置行為，并繪制出了完整的電子態(tài)相圖（圖1），揭示了在整個(gè)超導(dǎo)區(qū)域內(nèi)超導(dǎo)電性與Fe2+的反鐵磁序共存。本項(xiàng)工作首先克服了樣品載流子摻雜均勻性和單晶生長(zhǎng)的困難，生長(zhǎng)出了系列組分的Eu1-xLaxFeAs2單晶和多晶樣品，通過調(diào)節(jié)載流子濃度調(diào)控超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，得到整個(gè)超導(dǎo)區(qū)間。相圖中的磁性隨著摻雜濃度的改變出現(xiàn)豐富的物理特性。在母體和欠摻雜區(qū)，反鐵磁的Eu2+的磁矩發(fā)生傾斜，出現(xiàn)了凈磁矩。過摻雜的Eu0.8La0.2FeAs2單晶更是表現(xiàn)出典型的Eu2+的鐵磁行為，表明體系的磁各向異性能隨La的摻入而升高。且在過摻雜的Eu0.79La0.21FeAs2多晶樣品中，F(xiàn)e2+的反鐵磁相變（~81 K）、Eu2+的鐵磁相變（~33 K）和超導(dǎo)轉(zhuǎn)變（~11 K）同時(shí)存在。Eu2+的鐵磁出現(xiàn)的原因是無磁性La3+離子替換磁性Eu2+離子調(diào)制了Eu2+和Fe2+之間的各向異性相互作用及Eu2+和Eu2+之間的RKKY相互作用。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)成員結(jié)合理論計(jì)算與57Fe穆斯堡爾譜研究仔細(xì)分析了Eu1-xLaxFeAs2體系中Fe2+的反鐵磁序的起源，發(fā)現(xiàn)過摻雜區(qū)域Fe2+的反鐵磁序主要來源于局域磁矩的超交換相互作用。從相圖中可以看出，在Eu1-xLaxFeAs2體系中Fe2+的反鐵磁與超導(dǎo)始終共存，這種反常的關(guān)系有助于人們?cè)谠擉w系中尋找理解高溫超導(dǎo)電性的新線索。這一工作以“Coexistence of ferromagnetism, antiferromagnetism, and superconductivity in magnetically anisotropic (Eu,La)FeAs2”為題，發(fā)表在npj Quantum Materials上，文章的第一作者是物理學(xué)院于佳博士后。中國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊網(wǎng)和量子材料QuantumMaterials以《寸土必爭(zhēng)——鐵基超導(dǎo)相圖》為題，對(duì)本工作做了詳細(xì)介紹。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所超導(dǎo)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室任治安研究員、德國(guó)馬克斯普朗克固體化學(xué)物理研究所勒聰聰博士、蘭州大學(xué)磁學(xué)與磁性材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李志偉副教授參與了此項(xiàng)工作。本項(xiàng)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、中山大學(xué)“百人計(jì)劃”啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)資助，同時(shí)得到廣東省珠江學(xué)者計(jì)劃、中山大學(xué)測(cè)試中心及物理學(xué)院公共科研平臺(tái)支持。（于佳）