研究进展:铁基超导材料BaFe2As2中磁矩的单轴压力调控

铁基高温超导材料中量子序的微观机制和参量调控一直以来都是超导研究中的热点课题。实验上发现,单轴压力/形变既是对欠掺杂孪晶样品进行退孪晶的有效手段,也可以对其中的各种量子序(如超导、反铁磁序、电子向列相)进行有效的调控。采用单轴压力作为退孪晶手段,我系鲁兴业及其合作者已经在铁基超导材料Ba(Fe1-xCox)2As2的本征自旋波和自旋共振模式的起源问题上先后取得了有意义的进展[PRL 121, 067002(2018), PRB 100, 134509(2019)]。在此基础上,采用改进的退孪晶方法,鲁兴业和戴鹏程合作团队还首次实现了大量FeSe单晶样品的退孪晶,并首次报道了FeSe中各向异性的反铁磁涨落,进一步表明FeSe中的超导微观机制可能是反铁磁涨落驱动的轨道选择的超导配对[Nat. Mater. 18, 709(2019)]。

最近,鲁兴业课题组和美国莱斯大学戴鹏程教授合作团队进一步采用极化中子散射研究了BaFe2As2中反铁磁序及其临界涨落对外加单轴压力(20-45MPa)的响应,发现面内单轴压力可以影响体系的反铁磁结构,在结构相变附近诱导出一个沿c方向的磁矩,并观察到了与磁矩偏转对应的c方向的临界磁涨落。研究表明自旋轨道耦合以及电-磁-弹性耦合在该调控中发挥了重要的作用。该研究实现了单轴压力对铁基超导母体反铁磁序的调控,并为通过机械压力调控类似材料中的磁性提供了可能性。

上述研究成果近日以“In-plane uniaxial pressure-induced out-of-plane antiferromagnetic moment and critical fluctuations in BaFe2As2”为题发表在学术期刊《自然通讯》上。[Nature communications 11, 5278 (2020)]。我系2018级博士生刘盼盼和莱斯大学物理系的Mason L. Klemm为共同第一作者,我系鲁兴业老师和莱斯大学戴鹏程教授为共同通讯作者。北京师范大学物理学系为论文的第一单位。该工作得到了国家自然科学基金重点项目和优秀青年科学基金项目的资助。

论文全文链接(开放获取):https://www.nature.com/articles/s41467-020-19421-5
图 1 (a)20MPa单轴压力下BaFe2As2中的临界散射。在没有外加压力时,磁矩只沿a方向,Ma在磁相变温度发散。在此图中,单轴压力使得Mc也表现出一个发散趋势。(b)20MPa单轴压力在结构相变附近诱导出一个沿c方向的磁矩。(c)单轴压力下磁矩随温度演化的示意图。在高温,体系呈现顺磁态,没有静态磁矩;在TN附近,磁矩出现并沿c方向发生偏转;在完全进入反铁磁态后,c方向磁矩又消失。

物理学系