合肥研究院在強(qiáng)自旋-軌道耦合材料研究中取得進(jìn)展

　　近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心研究員張昌錦課題組在5d強(qiáng)自旋-軌道耦合材料Sr2IrO4的研究中取得進(jìn)展。相關(guān)工作以Enhanced electrical conductivity and diluted Ir4+ spin orders in electron doped iridates Sr2–xGaxIrO4 為題發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)》上。

　　銥氧化物具有強(qiáng)度相當(dāng)?shù)碾娮雨P(guān)聯(lián)與自旋-軌道耦合作用，二者的相互作用與競(jìng)爭(zhēng)帶來許多新奇的物理現(xiàn)象，如Mott絕緣體、拓?fù)渚w絕緣體、Weyl半金屬、量子自旋液體等。其中的熱點(diǎn)研究體系Sr2IrO4，具有不同于傳統(tǒng)能帶理論的Jeff=1/2電子結(jié)構(gòu)，并且表現(xiàn)出傾斜反鐵磁的自旋基態(tài)。此外，由于其晶格結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)均與銅基超導(dǎo)體以及Sr2RuO4相似，Sr2IrO4近年來被眾多理論工作者預(yù)言為新型高溫超導(dǎo)體。此前，有科研人員在電子注入樣品中探測(cè)到了一些超導(dǎo)的跡象。然而，體超導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)依然任重道遠(yuǎn)。

　　張昌錦課題組對(duì)該體系進(jìn)行了退火、化學(xué)摻雜等一系列研究。不同位置、不同元素的摻雜，不僅能夠改變體系的晶體結(jié)構(gòu)，而且能夠改變載流子濃度，對(duì)體系的電、磁性質(zhì)影響顯著。其中，對(duì)Sr位摻Ga的工作發(fā)現(xiàn)，隨著摻雜的增加，電阻率降低，導(dǎo)電性增強(qiáng)；當(dāng)摻雜濃度達(dá)到5%時(shí)，電阻-溫度關(guān)系上出現(xiàn)一個(gè)絕緣體到金屬的轉(zhuǎn)變。磁性測(cè)量上，隨著摻雜的增加，鐵磁性被抑制；當(dāng)摻雜達(dá)到2.5%時(shí)，在低溫下出現(xiàn)另外一個(gè)磁轉(zhuǎn)變，該轉(zhuǎn)變隨著摻雜的進(jìn)一步增加而迅速消失。同高溫磁轉(zhuǎn)變相似，新的低溫相也是一個(gè)傾斜反鐵磁相，并且與稀釋的Ir4+離子間的交換作用有關(guān)。該研究通過化學(xué)摻雜對(duì)Sr2IrO4電、磁基態(tài)進(jìn)行調(diào)控，對(duì)于在該體系中尋找高溫超導(dǎo)具有重要意義。

　　該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金以及合肥研究院院長(zhǎng)基金的支持。

　　圖（a）Sr2–xGaxIrO4樣品的電阻-溫度關(guān)系，（b）磁化率-溫