“单原子相”金属氢的第一性原理研究

系统研究了"单原子相"金属氢的结构、电子行为、动力学和电子—声子耦合特性.此结构被认为是最为可能的高压单原子相结构.通过超导电性的系统分析指出"单原子相"金属氢中存在着强烈的电子—声子相互作用.当压强P=539 GPa时,超导转变温度达到291.40 K,接近于室温超导体.     

铁硒基超导体的高压研究进展

FeSe及其衍生化合物因表现出奇特的正常态和超导态性质,成为近年来铁基超导领域的研究热点,其中高压技术在揭示FeSe中的竞争电子序和调控高温超导方面发挥了重要作用.本文概述了利用六面砧装置对FeSe基超导体的高压研究进展,主要内容包括:(1)通过建立FeSe的完整温度-压力相图,观察到圆拱形的反铁磁相界并详细揭示了电子向列序、长程反铁磁序和超导相之间的竞争关系,结合高压下的霍尔效应测试进一步表明反铁磁临界涨落对实现高温超导具有重要作用;(2)在多个插层FeSe高温超导体中,普遍发现高压会首先抑制超导I相,然后在临界压力之上诱导出高温超导Ⅱ相,呈现出双拱形超导相图,而且最高临界温度突破50 K;(3)结合高压X射线衍射和霍尔效应测试,指出超导Ⅱ相的出现和伴随的载流子浓度提高很可能源于压力诱导的费米面重构.     

单层FeSe/氧化物界面超导的ARPES研究

单层FeSe/氧化物界面存在高温超导是近年来凝聚态物理领域的重要发现之一.在氧化物衬底上的单层FeSe有着远高于FeSe块材的超导配对强度,这是迄今为止最薄的高温超导体.更为新奇的是,这种超导配对强度的大幅增加仅发生在FeSe为单个晶胞层时,而SrTiO3衬底上的第二层FeSe则不具有超导电性,这些新奇的现象及其背后的物理机理引发了广泛的关注,其中原位界面调控与ARPES研究的结合在推动对界面超导机理的理解和对超导配对的提升方面均扮演着重要的角色.本文主要对单层FeSe/氧化物界面超导的原位调控与ARPES研究进展进行综述,并从基本电子结构与超导能隙特征、界面调控揭示超导增强机理、界面氧化物的调控与超导配对温度的提升三个方面进行分析,这些实验结果为理解和提升界面高温超导提供了线索.     

电子掺杂下FeSe二维性的增强

本文利用离子液体调控对FeSe薄膜进行电子掺杂,研究了超导增强过程中FeSe超导涨落行为的演化.顺电导分析表明,随着温度降低,超导涨落维度从二维过渡到三维;并且,随着电子掺杂,三维涨落的温度区间逐渐减小,这表明FeSe层间耦合强度逐渐减弱,体系二维性增强.FeSe调控后的高T_c态与插层FeSe基材料不仅具有相近的T_c(～40 K),并且都表现出较强的二维性,这暗示着二维性的增强对于FeSe超导的增强起着重要作用.     

FeAs基超导体的超快光谱研究

铁基超导体作为第二个被发现的高温超导体家族,其超导机理无疑是现代物理学中最引人注目的物理问题之一.从凝聚态的角度上看,铁基超导体丰富的有序态主要源于微观自由度,如电荷、轨道、自旋和晶格之间的相互作用演绎而来.近年来,随着飞秒激光技术的飞速发展,超快光谱成为了直接探测材料宏观物理量的微观机制及各种微观自由度之间相互作用的有力工具之一,并广泛应用于铁基超导体研究.本文回顾了FeAs基超导体最近的超快光谱研究,其中包括对能隙函数的探讨、在时域内区分各种有序相及这些相与超导序之间的关系以及相干声子在超导配对中的作用等方面的进展.     

亚稳态新型铁硒基超导体探索

插层铁硒基超导体作为铁基超导的重要组成部分,是近年来凝聚态物理领域的研究热点.它们不仅具有高的超导转变温度(T_c),而且有着迥异于其他铁基超导体的费米面电子结构,挑战了原有的超导电子配对机理.然而由于电负性平衡的要求,使用传统高温固相反应得到的晶体无法避免相分离的发生,其中含有大量Fe空位的非超导相,严重干扰对其本征物性的研究.为获得单相的插层铁硒基超导体,人们提出了液氨法,利用低温获得无Fe空位的插层铁硒基超导亚稳相.随后,溶剂热法和水热法等低温插层方法相继被提出.本文回顾了插层铁硒基超导体的设计理念和发展历程,综述了几种典型低温插层方法及其研究进展,同时提出了未来的研究方向.     

铜氧化物高温超导体电子结构和超导机理的角分辨光电子能谱研究

与单质金属或者合金为代表的常规超导体不同,以铜氧化合物高温超导体为代表的非常规超导体的超导机理超出了BCS理论的解释范畴,已经成为凝聚态物理领域的重大科学问题.角分辨光电子能谱技术以其独特的电子能量/动量分辨的优势,在铜氧化物高温超导体的能带结构、能隙行为、多体相互作用等相关物理和超导机理的研究方面发挥着重要作用.角分辨光电子能谱实验技术的提高和数据分析方法的发展,不仅丰富了铜氧化物超导体的电子相图,并且不断加深了人们对其内在物理本质的认知.本文总结了近年来角分辨光电子能谱技术的最新进展,并集中讨论了其在铜氧化物高温超导体研究中对能带结构演化、超导能隙行为和电子-声子相互作用等方面取得的最新研究进展,最后介绍了使用Eliashberg函数数值分析研究高温超导体超导机理的方法.     

半导体中的激子-声子耦合:基本理论

半导体的物理性质很大程度受到激子-声子耦合的影响,共振拉曼光谱是一种研究激子-声子耦合的有力手段。文中首先介绍固体中的元激发(电子、声子、激子)以及电子(激子)-声子相互作用。随后介绍激子-声子相互作用对拉曼选择定则的影响,二维层状材料的层间振动模式,以及与电子-声子耦合相关的黄昆因子的理论。最后,介绍了基于激子-声子耦合的声子辅助荧光上转换光制冷和光学声子的可分辨边带拉曼制冷的基本理论。     

铁基超导体磁激发的共振非弹性X射线散射研究

在铁基超导材料中,超导电性通常起源于对反铁磁母体的载流子掺杂.随着掺杂量的增加,反铁磁长程序逐渐被抑制,超导出现并在反铁磁序消失的边缘达到最佳Tc.在最佳和过掺杂区域,虽然已经不存在任何反铁磁长程序,但仍然存在很强的反铁磁涨落.在铜氧化物和铁基高温超导体中,很多实验证据表明自旋为1的反铁磁涨落极有可能是超导电子配对的媒介,而驱动这一配对的则是电子间的反铁磁关联.因此,从实验上研究铁基超导体的磁激发谱及其对掺杂的依赖关系,获得反铁磁关联能等信息,对理解铁基超导的微观机制至关重要.在过去十几年中,非弹性中子散射(Inelastic Neutron Scattering, INS)在测定铁基超导材料中的磁激发方面发挥了主导作用.在过去十年中,共振非弹性X射线散射(Resonant Inelastic X-ray Scattering, RIXS),作为一种可以测量过渡族金属化合物中磁激发的实验技术,被用于铁基超导体中磁激发及其演化的研究.由于RIXS具有元素敏感、价态敏感、光通量高等优点,在铁基超导材料磁激发的相关研究中,发挥了独特的作用.本文从RIXS的特点出发,回顾了铁基超导体中磁激发的...     

超导材料的超快光谱研究

电子、晶格、自旋和轨道微观自由度对超导材料的宏观特性起到至关重要的作用.在超导体系中,特别是非常规超导材料,这些自由度衍生出具有不同能量尺度的玻色激发和有序态.前者如声子、磁振子、电荷密度波、自旋密度波、自旋涨落、向列涨落等;后者如超导态、赝能隙态、向列相、反铁磁/铁磁等.前者与后者的形成密切相关.尤其是,不同的玻色激发在频域内纠缠在一起彼此相互作用,同时又与电子(或准粒子)耦合,构建出复杂而又丰富的平衡态和非平衡态物理过程.超快光谱技术的独特性在于具有宽能量范围和高时间分辨率的特点,利用光(电磁波)与超导材料相互作用中的线性和非线性响应,可以共振或非共振地探测与调控这类材料中的准平衡或非平衡态动力学属性.因为桌面超快光谱系统功能全面且具有很大的灵活性,它不仅被应用于超导体系,而且被广泛应用于其他各种无机和有机材料.由于非平衡态理论,特别是与关联电子体系相关的,目前还处在快速发展的阶段,所以本综述主要介绍了常用的桌面超快光谱技术和目前被广泛使用的相关分析理论,聚焦于讨论超导材料中超快光谱实验数据涌现出来的一些普适性趋势及进展.所涉及的超导材料包含了常规超导体、铜氧化物超导体、铁基超导体和重费米子超导体.     

二维晶体中的高温超导与量子格里菲斯奇异性

超导体因其零电阻与完全抗磁性等性质,已成为凝聚态物理与材料科学领域最重要的研究方向之一.近年来,随着单晶薄膜制备工艺的提高,二维晶体超导体逐渐发展为新的前沿热点,其中出现的一些新奇物理现象,如高温超导和量子相变等,得到了学术界的广泛关注.简要介绍了二维晶体超导体的研究背景和基本特性,并分两个部分重点介绍了二维晶体中高温超导和量子相变两类重要现象.第一部分总结性回顾了二维高温超导体单原胞层铁硒/钛酸锶(FeSe/STO)的发现和验证,实验中发现的基本性质并探讨了其可能的超导机理.第二部分着重介绍量子相变和量子格里菲斯奇异性,包括其理论模型、在二维晶体超导中的实验发现和相应的分析.最后总结全文,并对相关领域的发展进行了展望.     

碱金属锂和1,3-丙二胺插层的超导体Li_x(C_3H_(10)N_2)_yFe_2Se_2具有39 K超导转变温度（英文）

通过两步法成功合成了一种新的FeSe基超导体Li_x(C_3H_(10)N_2)_yFe_2Se_2(C_3H_(10)N_2指的是1,3-丙二胺).这种新材料属于四方晶系,其超导转变温度为35 K.在125℃退火12h后,该样品的晶体结构保持不变,但超导转变温度突然移至39 K,这些均被粉末X射线衍射和磁化率测量证实.样品在退火前后,晶格常数a和b在0.3%内变化,但是晶格常数c的变化约为1%.因此,可以推断,样品的超导转变温度的明显变化应该归因于插层样品内部结构的重排和电子更均匀的分布.     

准一维Mn基超导材料研究进展

探索新的高温超导材料与揭示非常规超导机理一直是凝聚态物理研究的重点.除了铜氧化物超导体和铁基超导体这两大家族之外,其他过渡金属基非传统超导材料相对较少,其中锰基超导材料尤其稀少.晶格维度的降低通常会抑制磁有序并增强自旋涨落,可以以此为思路探索新的锰基超导体.近年来,一个新的准一维锰基材料家族AMn₆Bi₅(A=Na, K, Rb和Cs)被发现.其中, AMn₆Bi₅(A=K, Rb和Cs)在高压下表现出非常规超导电性,加深了人们对于非常规超导与反铁磁关联的认识.     

非常规超导体的核磁共振研究新进展

核磁共振作为一种重要的谱学研究手段,在非常规超导体的机理研究中发挥了极其重要的作用.近年来随着新型非常规超导材料的发现,对应的核磁共振研究也有了许多新的进展,这些工作对非常规超导电性的机理研究起到了积极的推动作用.本文将就核磁共振技术在奇宇称超导体、铜基高温超导体和笼目结构超导体这三类超导材料中的若干最新研究进展进行一个有针对性的概述和梳理.在奇宇称超导体研究方面,将重点介绍铬基超导家族A₂Cr₃As₃中铁磁量子临界点顺磁侧的超导相图的研究和自旋三重态超导的实验证据,非中心超导体YPtBi中反铁磁自旋涨落及非常规的自旋单态和自旋三重态混合的超导态的发现.在铜氧化物超导体和笼目结构超导体研究方面,将重点介绍YBa₂Cu₃O_y中强磁场诱导的电荷密度波序出现3倍晶胞(λ=3b)公度性的微观实验证据,笼目结构超导体CsV₃Sb₅中电荷密度波序和电子关联随压力的演化.希望本文对后续超导电性的机理研究、材料探索及实际应用能起...     

铁基超导材料FeTe0.5Se0.5的第一性原理研究

采用第一性原理计算了FeTe0.5Se0.5在两种不同结构模型下的电子结构、晶格动力学以及电声子相互作用.结果表明:用两种结构模型计算得到的电子结构大致相同,费米面附近的态密度主要来自Fe d电子的贡献.对两种模型我们根据不可约表示分析了Γ点的光学模频率,并给出了声子谱及声子态密度.用模型1和模型2计算得到的电声子耦合常数λ分别为0.20和0.22,都非常弱,无法解释实验上较高的超导转变温度.因此,超导材料FeTe0.5Se0.5和其他的铁基超导材料一样,都不属于常规的电声子耦合超导材料.     

镧系超导体中条纹相(stripe phase)的研究评述

镧系超导体中,当掺杂空穴浓度等于1/8时出现的超导反常抑制现象一直是超导研究方面的一个焦点.J.M.Tranquada将La2-XSrXCuO4中出现的动态二唯无公度(incommensurate)自旋关联解释为电荷自旋相互分离的条纹相之后,人们对镧系超导体的电子-电子、电子-晶格、以及磁相互作用进行了系统的研究.但条纹相形成的驱动机制以及条纹相与超导电性的关系等基本问题仍没有得到充分的解释.     

有机超导体的研究进展

1964年,W.A.Little提出了激子超导体模型,从而开始了有机超导体的探索。所谓Little模型,不是利用交换声子(离子晶格波的能量激发)使两个电子间产生吸引,而是使两个电子间交换激子产生吸引作用。激于是指一种电子系统极化所导致的能量激发。按照这个模型设计的有机超导体(一维的),超导转变温度Tc竟达到2200K!但Little的激子超导     

发现新的铁基超导材料

<正>中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室教授陈仙辉研究组发现了一种新的铁基超导材料锂铁氢氧铁硒化合物(Li0.8Fe0.2)OHFe Se,其超导转变温度高达40 K(零下233.15摄氏度)以上,并确定了该新材料的晶体结构。相关成果在线发表在12月15日的《自然-材料》上。铁基高温超导体是目前凝聚态物理领域的研究热点,铁硒(Fe Se)类超导体以其诸多独特的性质被认为是研究铁基超导机理的理想材料体系。尤其是近期报道的生长于钛酸锶衬底上的铁硒单层薄膜的零电阻转变温度高达100K以上,更加激起了科学家们的浓厚兴趣。     

13nm CdTe-HgTe量子阱的压致超导电性

研究了13 nm CdTe-HgTe量子阱在高压下的结构和电输运性能,原位高压拉曼测试结果表明:低压时拉曼位移在118 cm^-1和138 cm^-1处有两个拉曼模式,分别与横向光学声子和纵向光学声子有关.原位高压电输运研究结果表明:13 nm CdTe-HgTe量子阱在4.0 GPa压力下出现了超导现象,超导转变温度(Tc)为5.0 K,在9.3 GPa时超导电性消失,继续加压至14.1GPa时又重新出现超导现象,并且超导电性一直持续到56.2 GPa.     

镍氧化物超导体的发现与研究进展

镍氧化物超导材料的发现,激发起研究人员新一轮对近似铜氧化物新型超导材料的探寻以及对高温超导机理中有关晶体结构-电子结构密切关系的研究兴趣.本文重点从具有无限层结构的掺杂镍氧化物(Nd_0.8Sr_0.2NiO₂)超导体的发现、目前的实验研究进展、对其电子结构及物理机制的研究等方面概述这类新型超导材料的基本特性,并在结尾对镍基超导体系的构建、一些亟待解决的物理和材料问题以及今后研究的方向等作开放性讨论.