科技进展

上海微系统所1111型铁基超导电子结构研究取得重要进展

  

获得电子结构信息是揭示非常规超导形成机制的重要前提,但是长期以来,人们对1111型铁基超导的电子结构了解甚少。中科院超导电子学卓越创新中心、上海微系统所信息功能材料国家重点实验室牟刚博士团队和日本国立材料科学研究所(NIMS)Taichi Terashima课题组等合作,在前期成功获得高质量、大尺寸1111体系CaFeAsF单晶的基础上,利用强磁场下的量子振荡效应,首次获得了该材料的电子结构信息。相关论文Fermi Surface with Dirac Fermions in CaFeAsF Determined via Quantum Oscillation Measurements201821日在Physical Review X发表 [8, 011014 (2018)],并被科技日报以《中日美联合研究小组实验证实狄拉克电子存在》为题报道。

铁基1111体系作为最早被发现、体材料中转变温度最高的铁基高温超导材料,长期以来一直缺乏大尺寸、高质量的单晶样品,制约了对这一材料体系相关物理问题的深入研究。牟刚博士团队选取CaAs作为助熔剂,成功生长出毫米尺寸、高质量CaFeAsF母体及Co掺杂超导体单晶Supercond. Sci. Technol. 28, 085008 (2015)J. Cryst. Growth 451, 161 (2016),为铁基超导体1111体系的深入研究奠定了基础。他们向物理所、复旦大学、上海高压中心、武汉脉冲强场中心、新加坡南洋理工大学、日本国立物质材料研究所(NIMS)等多个国内外研究机构提供单晶样品开展合作研究。量子振荡实验基于舒勃尼科夫-德哈斯效应(SdH效应),要求材料中的电子具有足够长的自由运动时间,因此对样品质量提出很高的要求。牟刚团队生长的高质量单晶样品为该实验的顺利开展提供了前提保障。量子振荡测量发现,该材料具有非常小的费米面(如图1(d)所示),其中的电子型费米面附近的能带具有狄拉克型色散关系,并首次观察到铁基超导材料中非平庸的Berry相。该工作为进一步了解铁基超导1111体系的电子态状况,及其对超导行为的影响具有重要的推动作用。

该工作获得了国家自然科学基金委(项目批准号:11574338)和中科院青促会(项目批准号:2015187)的支持。

原文链接:https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.8.011014

科技日报报道链接:http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2018-02/06/content_388115.htm?div=-1

CaFeAs单晶的结构表征(左)和量子震荡测量确定的费米面结构(右)