压力调控的铁基超导体的磁性和结构研究

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铁基超导体的主要特征是其母体相会形成反铁磁自旋密度波态,而自旋密度波态几乎总是和晶体由四方相到正交相的结构相变耦合在一起。化学掺杂和施加外压力都可以抑制自旋密度波态,从而引起超导现象。与化学掺杂相比,加压不会引起晶格的无序排列,因此加压提供了一种更简洁、更有效的手段来理解铁基超导体的结构、磁性以及超导之间的内在联系。  许多实验在不同压力条件研究了“122”型铁基超导体的基本特性,然而由于对信号高分辨率的要求,高压条件对反铁磁自旋密度波的实验研究鲜有报道。同步辐射穆斯保尔谱具有非常高的能量分辨率,非常适合探测电子在高压低温条件下的局域磁矩变化,而高能X射线衍射实验能分辨出晶格的微小畸变。我们主要通过低温金刚石压砧结合同步辐射穆斯保尔谱和同步辐射X射线衍射实验研究了“122”型铁基超导体在良好静水压条件下的结构相变和反铁磁相变之间的关系。在化学掺杂体系中,结构相变总是发生在磁相变之前,而在BaFe2As2母体相中,我们发现随着压力增加,局域磁有序温度发生在结构相变温度之上,这与化学掺杂的研究结果明显不同,对我们理解铁基超导体中晶格结构与磁性之间的关系具有非常重要的作用。在SrFe2As2母体相中,我们发现结构相变温度和反铁磁相变温度在高压低温条件下相同,而且都随着压力增加而降低,但是在临界压力点附近,顺磁四方相和反铁磁正交相以及部分超导相可以共存,而体超导却只能发生在临界压力之上的顺磁四方相之中。在CaFe2As2母体相中,反铁磁长程序在很小的压力条件下就被完全抑制,而晶体结构将从四方相转变为塌缩四方相。  我们还利用核共振非弹性X射线散射实验和X射线发射谱实验研究了SrFe2As2单晶样品在高压条件下的声子态密度和自旋的变化。研究结果表明SrFe2As2在高压条件下,从四方相转变为塌缩四方相时,声子态密度发生显著变化,导致晶格动力学参数如兰姆-穆斯保尔谱因子和平均力常数急剧增加,同时电子的局域磁矩也急剧减小。我们用spin crossover模型来解释了电子局域磁矩随温度降低而减小以及随压力增加而减小的实验结果,我们认为铁基超导体中电子与电子之间的相互作用并不是由Hubbard占位排斥力起主导作用,而主要由原子内不同轨道电子磁矩之间的洪特耦合相互作用所决定。  
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