物理所利用紅外光譜深入研究鐵基超導(dǎo)體電荷動力學(xué)

　　中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室(籌)超導(dǎo)國家重點實驗室科學(xué)家利用紅外光譜，對鐵基超導(dǎo)體電荷動力學(xué)開展了深入研究，并取得了一系列成果，為鐵基超導(dǎo)相圖中存在量子臨界點提供了證據(jù)。

　　在過去幾十年中，電阻對溫度的線性依賴行為在很多強關(guān)聯(lián)電子體系中被發(fā)現(xiàn)，特別是在反鐵磁量子臨界點附近，明顯偏離了正常金屬的費米液體行為。許多實驗證據(jù)表明，反鐵磁量子臨界點附近的自旋漲落改變了準粒子的散射過程，從而產(chǎn)生非費米液體行為。同時，這種自旋漲落也可能是高溫超導(dǎo)的配對機制。

　　在新發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)體中尋找電阻對溫度的線性依賴行為具有重大意義，因為在這類材料中，超導(dǎo)電性出現(xiàn)在自旋密度波反鐵磁邊界。然而，鐵基超導(dǎo)體的多帶特征使得其輸運特性變得非常復(fù)雜，電阻率對溫度的線性依賴行為究竟是源于量子臨界點附近的自旋漲落，還是材料本身的多帶效應(yīng)引起了極大爭議。

　　中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室(籌)超導(dǎo)國家重點實驗室邱祥岡研究員和博士生戴耀民、許兵等，和法國皮埃爾與瑪麗居里大學(xué)以及美國布魯克海文國家實驗室合作，利用紅外光譜的手段對以上問題進行了深入研究。他們詳細研究了最佳摻雜K-Ba122鐵基超導(dǎo)材料紅外光電導(dǎo)的溫度依賴，發(fā)現(xiàn)Ba0.6K0.4Fe2As2紅外光電導(dǎo)譜可以分解為一個寬的和一個窄的Drude響應(yīng)(圖1和圖2)，說明這個體系中存在兩種不同類型的載流子，并且兩種載流子具有不同的散射率。進一步溫度依賴研究發(fā)現(xiàn)，寬的Drude具有較大散射率，并且不隨溫度變化，窄的Drude具有較小散射率，且隨溫度的降低呈線性減小，從而導(dǎo)致窄的Drude所產(chǎn)生的等效電阻率也隨溫度的降低線性減小(圖3)。通過光電導(dǎo)譜重分析發(fā)現(xiàn)，低頻光電導(dǎo)譜重隨溫度的依賴滿足arctan(T)行為(圖4)，也證明在Ba0.6K0.4Fe2As2中存在隨溫度線性變化的散射率。而這個隨溫度線性變化的散射率以及相應(yīng)的等效電阻率，在電阻率曲線上被多帶效應(yīng)所掩蓋，表現(xiàn)出高溫區(qū)電阻率趨向飽和的性質(zhì)。

　　此項研究首次利用紅外的手段研究兩類載流子的溫度依賴行為，解決了電阻率對溫度的線性依賴行為究竟是源于量子臨界點附近的自旋漲落，還是材料本身的多帶效應(yīng)的爭議，解釋了Ba0.6K0.4Fe2As2電阻率曲線高溫區(qū)域趨向飽和的現(xiàn)象，為鐵基超導(dǎo)相圖中存在量子臨界點提供了證據(jù)。該研究結(jié)果發(fā)表在近期的《物理評論快報》上(Phys.Rev.Lett.111,1170012013)。

　　此項工作得到國家自然科學(xué)基金和科技部“973”計劃的支持。