物理学系赵俊课题组对铁硒超导体的磁性和配对对称性的研究取得重要进展

近日，物理学系赵俊教授课题组和合作者利用中子散射技术发现铁硒（FeSe）超导体中存在很强的条纹反铁磁涨落，并发现该涨落和超导电性、向列相 （nematic phase）的产生有紧密联系，该研究还确定了铁硒超导体的配对波函数存在符号改变（sign-reversed）。12月7日，相关研究论文“Strong Interplay between Stripe Spin Fluctuations, Nematicity and Superconductivity in FeSe”在线发表于国际权威期刊《自然·材料》（Nature Materials）（DOI: 10.1038/nmat4492）。物理学系博士生王奇思、沈瑶、郝一清，博士后泮丙营为该论文的前四名作者。

高温超导是物理研究中的重要领域之一，不仅拥有广阔的应用前景，也为理解强关联电子体系中的复杂量子态提供了一个良好的平台。FeSe 作为结构最简单的高温超导体，其独特的物理性质使它成为高温超导领域的研究热点。例如，在加压或离子插层后其超导转变温度可以从8 K升高到40 K，单层FeSe薄膜的超导转变温度甚至可能高达65K到109 K。从相图上看，FeSe与之前被广泛研究的铁砷类高温超导体也有着显著差异。铁砷类超导电性总是出现在条纹反铁磁序和向列序附近，然而FeSe却只呈现向列序而没有长程条纹反铁磁序。因此，理解磁性在FeSe的超导配对和向列性的产生中起到何种作用是理解FeSe类超导体机理的一个核心问题。

赵俊教授课题组的中子散射研究表明，FeSe中有很强的条纹状反铁磁涨落，而且在4毫电子伏附近有尖锐的自旋共振峰，表明其超导配对波函数在电子型费米面和空穴型费米面间有符号改变。此外，自旋共振峰的能量和该体系的电子玻色子耦合模能量一致，这说明反铁磁涨落可以驱动超导电子配对。另外，研究还发现，条纹反铁磁涨落在向列序发生的温度之上就已经出现, 而且在降温进入向列相时反铁磁涨落急剧增强，其温度关系和向列相的序参量有强烈的耦合关系。该实验结果表明，FeSe中虽然没有长程条纹反铁磁序，但强烈的条纹反铁磁涨落和超导电性、向列性的出现有密切的关系。这一实验有力地支持了超导配对和向列序都由反铁磁涨落驱动的理论模型。研究结果为进一步理解铁硒类超导体的新奇超导电性和磁性的关系奠定了基础。

该研究的单晶样品由中科院物理所周放研究员团队、莫斯科州立大学的瓦西列夫教授团队提供，中子散射实验在法国ILL、LLB和美国橡树岭国家实验室完成。

左图为FeSe的晶格结构示意图，右图为该体系的低能自旋激发谱。