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...     

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.     

利用菲涅尔圆孔衍射探测AFeSe三元化合物超导配对对称性

提出了一个特殊菲涅尔圆孔衍射实验,核心由正常金属/绝缘层/超导体多层膜构成,用来精确探测超导配对对称性.理论分析表明,对于超导层是s波配对,△(-k)=△(k),且满足k·r=nπ的情况下,那么衍射图样的零阶为暗纹,其中k为波矢,n为整数.反之,如果△(-k)=-△(k),且在其他条件不变的情况下,那么零阶衍射图样为明纹.从而可以利用这种简单易行的实验途径,对超导电子的配对对称性进行无模棱两可的判定.最后把这套装置应用到最近发现的AFeSe三元化合物超导体,给出了可能的具体实验方案,来探测这种多费米面复杂的电子配对对称性.     

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.     

铁基超导实验研究与中国超导研究展望

 超导是电子在固体物质中发生的一类神奇的量子凝聚现象,具有丰富的量子力学内涵和重要的应用前景。超导体表现出零电阻、完全抗磁性、宏观量子相干等奇异特性,可广泛用于能源、信息、交通、医疗、国防、重大科学工程等方面。回顾了铁基超导体发现历程,以及中国科学家在其中扮演的重要角色。铁基超导的发现是中国超导基础研究的重要转折点,不仅引起了国际学术界高度和广泛的关注,而且从此中国学者在国际超导研究的众多方向起到了引领的作用。     

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.     

钒基笼目AV3Sb5(A=K,Rb,Cs)体系的超导序参量及高压研究

笼目晶格具有本征的几何阻挫,长期以来是研究量子磁性的重要平台.近年来,笼目晶格金属中的狄拉克费米子、平带、范霍夫奇点等能带结构及其调控受到了广泛关注.其中,钒基笼目AV₃Sb₅(A=K, Rb, Cs)体系具有非常规电荷密度波(CDW)及与其共存的超导,近期涌现了大量针对其物理性质和机制的研究工作.基于浙江大学关联物质研究中心在AV₃Sb₅体系中开展的一系列工作,本文对AV₃Sb₅中超导序参量对称性、超导与CDW的关系、超导的高压调控等方面的研究进行介绍.这些研究表明,无论CDW是否与超导共存, CsV₃Sb₅都保持无能隙节点的超导序参量,且超导能隙大小对压力或应力调控高度敏感.在静水压调控下, AV₃Sb₅中的CDW随着压力的增加被逐渐抑制,与超导的相互作用表现为竞争,没有CDW量子临界点的特征.在AV₃Sb₅中的CDW被压...     

自旋三重态超导

超导体中的库珀对通常是由一对自旋相反总自旋为零(自旋单态)的电子组成.然而,在某些特殊情况下,超导体中的库珀对可以是自旋三重态,这类超导体被称之为自旋三重态超导体.自旋三重态超导是非常罕见的量子现象,在已经发现的上万种超导体中,仅有几个超导体可能具有三重态配对.近几年,随着拓扑物态研究的深入,三重态超导体因为可能是拓扑超导的载体而越来越多地引起关注.本文简要地总结了几类可能的自旋三重态超导体的物理性质.     

高压下贵金属锂合金的超导电性研究

自1921年首次发现超导体之后,其被广泛应用在超导计算机、电子学、医学影像等领域,成为百年以来物理学界研究的焦点.目前,低压超导体更是人们一直研发的重要材料.本文将铜元素与锂元素混合,在高压环境下进行系统的结构预测.利用第一性原理的计算方法,在50 GPa的压强下,得到了两种反常化学计量比的化合物Li₄Cu和Li₆Cu.观察发现,Li₆Cu晶体结构是以铜原子为中心、周围十二个锂原子构成的二十面体“Li₁₂Cu”,铜原子通过获得锂原子提供的大量电子,达到了较高的负氧化态(-3.5).另外,通过电声耦合计算,估算得到了Li₄Cu和Li₆Cu的超导转变温度T_c分别为2.3 K和14.5 K.本研究证实了贵金属锂合金是潜在的超导电材料,为后续理论和实验的研究提供了借鉴.     

铁基超导体的单晶生长及磁通动力学研究进展

铁基超导体具有上临界场高、临界电流密度大且各向异性小等优点,在超导强场磁体、可控核聚变、粒子加速器等国计民生领域具有重要的应用前景.对铁基超导体磁通动力学的研究,一方面可以进一步加深对磁通物理学的认知,同时也可为设计制造性能优异的铁基超导材料提供技术支持.本文首先简要介绍了典型铁基超导单晶材料的合成技术,包括熔融法、助熔剂法、化学气相输运法、热液法等;然后分别从铁基超导体的磁通及磁通晶格结构、磁通钉扎及磁通动力学等方面简要总结了相关研究进展.     

高温超导体的核磁共振最新研究进展

核磁共振作为一种重要的谱学研究手段,在高温超导体的机理研究中发挥了极其重要的作用.近年来,随着新型铁基高温超导材料家族的发现以及基于强磁场下核磁共振技术的发展,相关高温超导方面的核磁共振研究也有了许多新的进展,这些工作对高温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铜氧化物高温超导体和铁基高温超导体这两大类高温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,希望对后续高温超导电性的机理研究以及材料探索能起到一些启示作用.     

Spontaneous breaking of time-reversal symmetry in the pseudogap state of a high-Tc superconductor

A change in 'symmetry' is often observed when matter undergoes a phase transition-the symmetry is said to be spontaneously broken. The transition made by underdoped high-transition-temperature (high-Tc) superconductors is unusual, in that it is not a mean-field transition as seen in other superconductors. Rather, there is a region in the phase diagram above the superconducting transition temperature Tc (where phase coherence and superconductivity begin) but below a characteristic temperature T* where a 'pseudogap' appears in the spectrum of electronic excitations. It is therefore important to establish if T* is just a cross-over temperature arising from fluctuations in the order parameter that will establish superconductivity at Tc (refs 3, 4), or if it marks a phase transition where symmetry is spontaneously broken. Here we report that, for a material in the pseudogap state, left-circularly polarized photons give a different photocurrent from right-circularly polarized photons. This shows that time-reversal symmetry is spontaneously broken below T*, which therefore corresponds to a phase transition.     

超导电性理论特征

超导材料的种类非常广泛,有单质金属、合金材料、有机化合物、非金属单质、金属与非金属掺杂材料、金属氧化物等.从超导电性特征又分为非常规超导材料和常规超导材料.因此从超导电性的起源研究超导电性理论的特征具有重要的意义,既是重要的理论研究,又对合成、制备各种新型超导材料具有指导意义.分析研究了超导电性的本征特点,分别从超导的基本物理图像、同位素效应、超导转变温度计算公式表示等方面给出了常规超导体和非常规超导体的全面描述.同时理论上计算了一种有机复合超导材料.     

Structural and Chemical Diversity of Tl－Based Cuprate Superconductors

The Tl-based cuprate superconductor family is the largest family in crystal structure and chemical composition among all high Tc cuprate superconductors. The Tl family can be divided into two sub-families, the Tl single layer family and the Tl double layer family, based on their crystal structural characteristics. The Tl single layer family is an ideal material for investigating the evolution of crystalline formation, charge carrier density, chemical composition, transport properties, superconductivity and their relationships. The Tl family contains almost all possible crystal structures discovered in high-Tc cuprate superconductors. Tl cuprate superconductors are of great importance not only in studying high-temperature superconductivity but also in commercial applications.     

高温超导的物理进展

铜氧化物高温超导体的机理研究依然是凝聚态物理中的前沿课题,其物理性质显著不同于常规金属,超导的配对机制仍然悬而未决.为此回顾了最近几年该领域内重要的实验和理论,这些进展有助于人们理解高温超导体的物理特性.     

若干介观体系的散射矩阵对称性质的一些讨论

散射矩阵是刻画许多满足量子相干性介观体系的电子输运性质的重要理论工具．结合几个介观体系的量子力学散射问题,讨论了体系的对称性对散射矩阵对称性的重要影响．几个被讨论的例子包括：1）满足时间反演不变性的自旋轨道耦合体系;2）含单轴应变的石墨烯（满足中心反演对称）体系;3）含有Majorana费米子（手征Majorana粒子的一维波导模式或Majorana束缚态）的2个典型问题．从系统的对称性推导散射矩阵的对称性,进而对体系的输运性质得出一些定性的理解．在某些场合,依据散射矩阵的对称性甚至可以对体系的电子结构的拓扑性质给出预言．     

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.     

离子液体调控超导研究

载流子在超导材料中扮演关键角色,其浓度调控对研究超导特性及相关量子器件至关重要.然而载流子浓度通常与其他自由度相互耦合,难以做到单一物理量变化,例如,化学掺杂同时会导致晶格等发生变化.最近迅速发展的离子液体调控技术,兼具了传统的化学掺杂和场效应晶体管优点——大范围、原位、可逆地调节载流子浓度.随着这项技术的发展,逐渐演变出两类调控思路:静电场效应和电化学调控.本文从这两个方面,回顾了离子液体调控在诱导新奇超导态和调控高温超导薄膜物性上的应用:静电场效应对绝缘或半导体体系十分有效,而对于本身载流子浓度较高的材料(如高温超导体等),电化学调控则发挥了重要作用.离子液体因其强大的原位调控能力和易于与其他手段结合的特点,正逐渐成为超导研究中不可或缺的手段,在构建精确相图、突破高温超导机理等方面发挥不可替代的作用.     

高温超导体的结构与超导电性

论述几种典型铜氧化物高温超导体的基本结构特征和结构缺陷对超导电性的影响,最后对高温超导体的结构与超导电性研究展望.     

Inhomogeneity, dynamical symmetry, and complexity in high-temperature superconductors: Reconciling a universal phase diagram with rich local disorder

A model for high-temperature superconductors incorporating antiferromagnetism, d-wave superconductivity, and no double latticesite occupancy can give energy surfaces delicately balanced between antiferromagnetic and superconducting order for specific ranges of doping and temperature. The resulting properties can reconcile a universal cuprate phase diagram with rich inhomogeneity, relate that inhomogeneity to pseudogaps, give a fundamental rationale for giant proximity effects and other emergent behavior, and provide an objective framework to separate essential from peripheral in the superconducting mechanism. high-temperature superconductivity, pseudogap, critical dynamical symmetry, inhomogeneity, complexity, emergent behavior