新型插層鐵硒超導(dǎo)材料磁性研究獲進展

　　近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所副研究員劉大勇、研究員鄒良劍與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實驗室教授孫喆合作，在新型插層鐵硒超導(dǎo)材料(Li1-xFex)OHFeSe磁性研究方面取得新進展，發(fā)現(xiàn)這類體系存在局域和巡游共存的磁性，并提出插層磁性可以作為調(diào)控超導(dǎo)層中與超導(dǎo)配對相關(guān)的自旋漲落的一種新機制。相關(guān)成果以Coexistence of localized and itinerant magnetism in intercalated iron-selenide (Li,Fe)OHFeSe 為題發(fā)表在new journal of physics（19, 023028 (2017)）雜志上。

　　目前為止，發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)材料主要有鐵磷族和鐵硫族化合物，其中后者的鐵硒超導(dǎo)材料由于其較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度備受關(guān)注。雖然塊體FeSe的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度只有8K，但是通過調(diào)控其晶格結(jié)構(gòu)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可以得到極大的提高。例如，塊體FeSe通過加壓，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可以到37K，插層鐵硒材料K1-xFe2-ySe2達到30K，特別是生長在SrTiO3襯底上的單層FeSe(Fe/STO)可以達到65 K以上甚至110 K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。目前，理論研究一般認(rèn)為鐵基超導(dǎo)材料的超導(dǎo)機制主要與超導(dǎo)鄰近的反鐵磁和費米面的空穴/電子型口袋的嵌套相關(guān)。最近發(fā)現(xiàn)的新型插層鐵硒超導(dǎo)材料(Li1-xFex)OHFeSe，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc高達40 K以上，不僅晶體結(jié)構(gòu)上沒有出現(xiàn)類似插層鐵硒材料K1-xFe2-ySe2中的Fe空位，而且電子結(jié)構(gòu)上具有空穴型口袋缺失的新穎費米面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此新型插層鐵硒超導(dǎo)材料(Li1-xFex)OHFeSe已成為鐵硒超導(dǎo)材料的重要研究對象，對其進行深入研究有可能澄清鐵基超導(dǎo)材料研究中的一些關(guān)鍵爭議問題。

　　為了研究(Li1-xFex)OH層和FeSe層中兩類不同F(xiàn)e的性質(zhì)，研究人員采用計算和理論模型相結(jié)合的方法研究和分析了理想體系LiOHFeSe和實際材料(Li0.8Fe0.2)OHFeSe的電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)(Li1-xFex)OH層的Fe離子具有+2價態(tài)，因此(Li0.8Fe0.2)OH插層相當(dāng)于為FeSe層提供電子，具有與FeSe/STO非常接近的電子結(jié)構(gòu)。插層基態(tài)為絕緣反鐵磁(圖1)，表現(xiàn)為局域磁性；而FeSe層為巡游的條紋反鐵磁壞金屬(圖1)；層間則為鐵磁耦合，(Li0.8Fe0.2)OHFeSe材料的磁結(jié)構(gòu)如圖2所示。因此磁插層(Li1-xFex)OH不僅作為空間隔絕層，還可以通過層間耦合調(diào)控FeSe層中與超導(dǎo)配對相關(guān)的自旋漲落。此外，為了研究材料Fe的自旋間的磁相互作用，研究人員還構(gòu)建了J1-J2-J3-J’1-J’2-Jc Heisenberg模型，并給出了磁耦合常數(shù)，可以為以后的中子散射實驗和自旋波等相關(guān)實驗和理論工作提供物理參數(shù)。

　　上述研究成果得到了國家自然科學(xué)基金面上項目和重點項目的資助。

圖1. (Li0.8Fe0.2)OHFeSe磁基態(tài)原子分辨的態(tài)密度 

圖2. (Li0.8Fe0.2)OHFeSe磁結(jié)構(gòu)示意圖