BaFe2-xNix-As2相图和磁激发的中子散射研究

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铜氧化物和铁基高温超导体的超导微观机制研究是现代凝聚态物理中一个非常重要的课题。在这两类高温超导体中,电声子相互作用(BCS理论)难以解释如此高的超导转变温度和其它许多奇异性质。由于最佳超导电性往往出现在反铁磁序的边缘,使得人们猜想作为玻色子的磁激发也有可能是超导配对的驱动力。同时,尽管长程反铁磁序随着掺杂会被逐渐抑制,短程的反铁磁涨落却可以持续到最佳乃至过掺杂区域。其中,在低能自旋激发中发现的自旋为1的自旋共振峰被证实与超导有直接的关联。因此,磁涨落被认为是高温超导配对机制最可能的原因,研究高温超导体中磁性的微观起源及其与超导的关系对理解高温超导机理有重要意义。在铁基超导体中,这也是目前最重要的问题之一。我们的研究即围绕这一问题展开。我们采用多种中子散射技术,对电子型掺杂的BaFe2-xNixAs2的静态磁有序以及自旋动力学进行了详细的研究。研究结果加深了我们对铁基超导中磁性起源的理解。研究内容分为以下几个部分。  (1)研究了BaFe2-xNixAs2中的短程非公度反铁磁序对最佳掺杂区域物理性质的影响以及非公度序的形成原因。对最佳掺杂点附近系列掺杂样品的正交晶格畸变和反铁磁序随温度的演化的研究揭示了体系中存在很强的磁弹性耦合。理论预言磁弹性耦合倾向于使体系在最佳掺杂点附近形成量子双临界点,而非公度序的出现改变了这一区域的性质,避免了量子临界点的出现。采用不同能量分辨率的谱仪和测量方法,我们进一步测量了非公度序布拉格峰的能量宽度随温度的演化以及不同能量分辨率下的磁序参量。发现体系的转变温度依赖于谱仪的能量分辨率,说明体系表现出团簇自旋玻璃的行为。这一行为可能是该体系内非公度序的来源。  (2)对退孪晶的BaFe2-xNixAs2进行了中子散射研究。首先采用非弹性中子散射研究了BaFe2-xNixAs2中伊辛型向列相(Ising-nematic phase)及其涨落。在单轴压力退孪晶的BaFe2-xTxAs2(T=Co,Ni)样品的顺磁四方相中,电阻测量发现了面内电阻的各向异性。我们用非弹性中子散射研究了单轴压力退孪晶的BaFe2-xNixAs2,发现其低能磁激发在对应电阻各向异性出现的温度从四重对称性转变为二重对称性。电阻和自旋激发上的各向异性都在最佳掺杂点附近消失,因此我们推测伊辛向列相导致了电阻的各向异性或者两者有共同的起源。另外,我们也对母体进行了飞行时间中子散射的测量,得到了退孪晶样品低温下的自旋激发谱。  (3)详细研究了过掺杂区域自旋激发谱随掺杂的演化。自旋激发谱的测量及其随掺杂量的演化可以直接表明激发谱各部分与超导的联系。之前母体和最佳掺杂的研究揭示了小于100 meV低能自旋激发随掺杂的变化。我们研究了整个过掺杂区域的低能和高能自旋激发的演化,发现与巡游电子带间散射导致的低能磁激发和由局域磁矩相互作用决定的高能磁激发都对超导至关重要。我们的结果进一步阐释了高能和低能自旋激发与超导的关系。  
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