Science：最優摻雜鐵基超導體的向列量子臨界特征

大量證據表明高溫超導和電子向列相存在緊密聯系，而高溫超導和向列波動之間的因果關系還不是很清楚。最近的理論預測：向列量子臨界特性（量子臨界波動是由于接近向列量子臨界點造成的）可以增強存在的超導配對相互作用。特別的是，純向列相不會破壞初始晶體晶格的平移對稱性，因此，向列波動有一個波矢q=0，表明配對通過向列波動交換增強了在所有對稱溝道的超導臨界溫度Tc。因此，探究向列波動是否屬于最優摻雜高溫超導體的特征屬性及向列波動本質的量子行為是很有意義的。

近日，美國斯坦福大學Hsueh-Hui Kuo等人使用差分彈性電阻測試五個最優摻雜的鐵基超導體，結果表明在很寬的溫度范圍，它們的向列磁化率都遵循簡單的居里-外斯定律。這意味著發散的向列磁化率在最優摻雜的區域可能是一個基本特征，向列波動可能也是一個基本的超導配對相互作用。

圖1 BaFe2As2的彈性電阻隨溫度變化曲線：從中可以看出數據符合居里-外斯行為，表明在接近熱驅使向列相轉變點時，材料的向列磁化率和平均場溫度存在依賴關系；上半圖表明在正方晶系階段，彈性電阻和磁化率有比例關系；黑色曲線為居里-外斯擬合線，可以看出，擬合質量很高；右下圖，線性擬合效果很好，表明居里常量與溫度無關（紅色線）；從居里-外斯擬合線，可以得到外斯溫度T*，即平均場向列臨界溫度為109±1.4 K；耦合晶格標準化臨界溫度，可以知道耦合向列相轉變溫度為Ts=134K（垂直灰色線）；插圖為差分彈性電阻測量裝置圖。

圖2 幾種最優摻雜鐵基超導體的彈性電阻發散：（A-D）分別為最優摻雜的BaFe2(As0.68P0.32)2，Ba(Fe0.955Ni0.045)2As2（電子摻雜），Ba0.58K0.42Fe2As2（空穴摻雜），FeTe0.58Se0.42；插圖為每種材料的晶格單胞（黃色：Fe，Ni；紫色：As，P；粉色：Ba，K，Te，Se）；在每個情況下，可比量級的誘導電阻各向異性被觀察；在每個分圖中，上半圖為磁化率，下圖為反向磁化率（左軸，藍色方塊）和居里常量（右軸，黑色曲線），黑色（上半圖）和紅色（下半圖）曲線為磁化率和反向磁化率的居里-外斯擬合；灰色水平線（下半圖）為擬合溫度范圍內的居里常量均值；B圖和C圖中居里-外斯行為的發散區域用灰色陰影標注；A圖和B圖中，磁化率為負；C圖和D圖中，磁化率為正。從圖中，可以看出，這四種鐵基超導材料均符合居里-外斯定律。

圖3 Ba(Fe1–xCox)2As2的相圖，展現了在x-T平面磁化率的變化: 方格：；正方晶相-斜方晶相轉變溫度Ts；圓圈：內爾溫度TN；三角形：超導臨界溫度Tc；五角星表示在無序作用抑制向列磁化率的溫度之上，從磁化率的居里-外斯擬合提取出的平均場向列臨界溫度T*（灰色五角星為低溫下居里-外斯行為發散的區域）。

【備注】
該研究成果近期發表在Science (IF:33.661) 上，文獻鏈接：Ubiquitous signatures of nematic quantum criticality in optimally doped Fe-based superconductors(DOI: 10.1126/science.aab0103）。

本文由材料人編輯部學術組靈寸供稿，材料牛編輯整理。

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