《中國科學》物理輯出版“過渡金屬化合物中的超導電性和磁性”專題

在2018年1月份《中國科學》物理輯的編委會會議上,經謝心澄主編提議,由聞海虎編委、袁輝球編委和馮世平編委邀約,林海青副主編後期把關,共同組織了一期豪華陣容的超導專題,即“Special Topic: Superconductivity and Magnetism in Transition-Metal Compounds”。目前,專題已全部收錄,並於2018年第12期順利完成出版。

專題由1篇綜述, 6篇論文和1篇快報組成, 包括英國盧瑟福·阿普爾頓實驗室D T Adroja教授、中科院物理所丁洪研究員、雒建林研究員和任志安研究員、東南大學施智祥教授、浙江大學尹藝教授和曹光旱教授、中科院上海微系統與信息技術研究所牟剛研究員聯袂貢獻。

下面請看細細分解:

Preface to the topical issue

Hai-Hu Wen, HuiQiu Yuan, and ShiPing Feng

https://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11433-018-9306-0

Invited Review

A brief review on μSR studies of unconventional Fe and Cr-based superconductors

A. Bhattacharyya, D. T. Adroja, M. Smidman, and V. K. Anand

https://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11433-018-9292-0

文章綜述了近年來μSR技術在非常規超導體, 尤其是鐵基和鉻基超導體中的應用。文章首先簡介了μSR技術的基本原理, 隨後分別在ACa2Fe4As4F2,ThFeAsN,AFeAs,A2Cr3As3A等材料領域進行展開, 討論了μSR技術在晶體結構、超導電性、能帶結構和時間反演對稱性等問題中的實際應用。

圖1μSR實驗裝置示意圖

Articles

Extraction of tight binding parameters from in-situ ARPES on the continuously doped surface of cuprates

YiGui Zhong, YiMeng Chen, JianYu Guan, Jin Zhao, ZhiCheng Rao, CenYao Tang, HaiJiang Liu, YuJie Sun, and Hong Ding

https://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11433-018-9305-y

文章介紹了一種新型的實驗技術, 獲得Bi2Sr2CaCu2O8+x的連續摻雜表面, 並對樣品進行了原位ARPES探測,得到樣品的費米麪信息及緊束縛模型參數。

圖2不同氧含量的樣品的能帶圖及緊束縛擬合對比

Electronic effect of doped oxygen atoms in Bi2201 superconductors determined by scanning tunneling microscopy

Ying Fei, KunLiang Bu, WenHao Zhang, Yuan Zheng, Xuan Sun, Ying Ding, XingJiang Zhou, and Yi Yin

https://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11433-018-9276-5

Bi2201超導體中的氧原子摻雜濃度對超導溫度的調製起了本質的作用。文章用掃描隧道顯微鏡研究了最佳摻雜的La-Bi2201與過摻雜的Pb-Bi2201。通過測量微分電導譜, 觀察到了Bi2201超導體中的不同種類的氧原子和氧空穴。以此估計了Bi2201樣品中的空穴濃度, 並與通過費米麪估計的空穴濃度做了對比。發現了主要種類的摻雜氧原子與贗能隙大小之間的負相關關係, 即較小摻雜濃度的區域對應較大的贗能隙值。

圖3樣品La-Bi2201和Pb-Bi2201的贗能隙圖譜

Magnetism and superconductivity in Eu(Fe1−xNix)As2 (x= 0, 0.04)

YaBin Liu, Yi Liu, WenHe Jiao, Zhi Ren, and GuangHan Cao

https://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11433-018-9284-3

一般來說鐵磁性和超導電性是敵對的, 兩者很難相互共存。文章在Eu(Fe1−xNix)As2體系中探索可能的鐵磁超導體, 通過在Fe位摻雜少量的Ni, 成功地誘發出超導電性。體系的超導轉變溫度達到17.5 K, 明顯超過前人的報道值(11 K)。同時, 首次在“112”型鐵基化合物體系中, 僅通過Fe位化學摻雜, 實現大塊超導電性。另外, Eu子晶格呈現出豐富的磁性質, 6.2 K以下觀察到超導與弱鐵磁的共存, 這對於研究磁性和超導電性之間的相互影響具有重要意義。

圖4樣品比熱隨溫度的變化

Thermally activated flux flow, vortex-glass phase transition and the mixed-state Hall effect in 112-type iron pnictide superconductors

XiangZhuo Xing, ZhanFeng Li, XiaoLei Yi, JiaJia Feng, ChunQiangXu, Nan Zhou, Yan Meng, YuFeng Zhang, YongQiang Pan, LingYao Qin, Wei Zhou, HaiJunZhao, and ZhiXiang Shi

https://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11433-018-9280-6

文章對高質量Ca0.8La0.2Fe0.98Co0.02As2單晶樣品進行了輸運性質的測量, 得到激發能與磁場的依賴關係。同時, 文章對樣品的渦旋-玻璃相變、混合態Hall效應也進行了一系列觀測。

圖5不同磁場下, 樣品電阻率隨溫度的變化

Multiple magnetic transitions in single crystals of Ce12Fe57.5As41 and La12Fe57.5As41

Wei Wu, and Jianlin Luo

https://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11433-018-9291-2

文章研究了Ce12Fe57.5As41和La12Fe57.5As41在磁場中的磁性和輸運特性。重點說明了Fe在這兩個晶體的磁性相變中的作用。此類材料有一層波浪形狀的Fe的網格面, 與高溫Fe基超導體相似。對以後探索Fe基超導體有一定啓發和幫助。

圖6樣品在不同場強和磁有序溫度下的相圖

Magnetic-field-induced metal-insulator quantum phase transition in CaFeAsF near the quantum limit

YongHui Ma, Gang Mu, Tao Hu, ZengWei Zhu, ZhuoJun Li, Wei Li, QiuCheng Ji, Xuan Zhang, LingLing Wang, and XiaoMing Xie

https://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11433-018-9200-7

文章通過量子震盪實驗發現鐵基超導母體材料CaFeAsF具有非常小的費米麪(包括一個常規的空穴型費米麪和兩個具有狄拉克色散關係的電子型費米麪), 說明這是一個研究量子極限行爲的理想材料。同時, 作者在武漢脈衝強場實驗室開展了強磁場下的輸運實驗, 首次在量子極限附近發現了金屬-絕緣體相變行爲, 並且符合基於量子相變的標度率, 並基於A-H理論對量子極限附近的電阻行爲進行了深入的研究。