压力调控下铁基超导体的磁有序、晶体结构以及超导性质的演化及其关联研究

High pressure can modify effectively the crystal or electronic structure and then the properties of material without inducing disorder effect. It plays an important role in the research of iron based superconductors. Pressure can gradually suppress the magnetic and structural transition temperatures of the parent iron based superconductors and then induce superconductivity. There is a competing between the magnetic order and the superconducting order, so the research of pressure dependence of the two orders and their couple are helpful to uncover the superconducting mechanism. In this proposal, for the parent compounds of different iron based superconductors, we plan to use high pressure techniques, such as in-situ high pressure resistivity measurement, in-situ high pressure synchrotron M?ssbauer and in-situ high pressure synchrotron X-ray diffraction, (1) to study the evolution of magnetic order, structural transition and superconducting properties and their correlations tuned by high pressure; (2) to study whether the quantum critical point exists when the magnetic order is suppressed by pressure and study the phenomena near the quantum critical point and their correlations with superconductivity;(3) to study the pressure dependence of structural parameters and their correlations with superconductivity to uncover the structural origin of pressure tuning superconductivity; (4) finally to present the complete P-T phase diagrams of different iron based superconductor systems. Based on the above efforts it is hoped to help understanding the mechanism of pressure tuning the superconductivity.

压力可以在不引入无序情况下对材料进行物性调控，并在铁基超导的研究过程中发挥了重要作用, 是调控超导性质的有效手段。压力在逐渐抑制铁基超导母体相磁有序的基础上诱导超导电性，研究压力调控下磁有序与超导序之间演化及关联将为理解压力诱导高温超导物理机制提供重要信息。本项目计划利用现有的高压极端表征技术以及大科学研究平台（如高压低温原位输运性质测量、高压原位同步辐射穆斯堡尔谱技术以及高压原位同步辐射X光衍射等）研究不同体系铁基超导母体相的磁有序、晶体结构、超导性质在压力调控下的演化及其相互之间的关联；研究上述体系在压力调控下是否存在量子临界点以及在量子临界点附件新颍的物理现象；从压力调控下晶体结构参量的演化来研究压力调控超导行为的结构起源；绘制不同体系铁基超导母体相在压力调控下完整的超导相图。通过上述研究，进一步促进对铁基超导体系中压力诱导/调控高温超导物理机制的认识。

铁基超导体是继铜氧化物高温超导体系之后又一个新的高温超导体系—铁基超导体系，对其超导性质及超导物理机制研究是凝聚态物理研究的前沿热点。铁基超导体系中晶体结构、电子结构、磁有序、超导序之间的关系研究是理解其复杂超导机制的关键。压力在铁基超导的研究过程中发挥了重要作用, 是调控超导性质的有效手段。项目的主要研究内容和取得的成果：. （a）系统研究铁基超导体在压力调控下晶体结构相变、磁有序和压力诱导超导序的演化以及上述三者两两之间的关联。结合压力下超导、晶体结构和磁结构的演变，我们绘制出SmFeAsO、NaFeAs以及(Ca,Na)Fe2As2体系的超导-压力相图。上述超导相图研究促进了对铁基超导体的超导机理的理解，并为超导机理的理论研究提供了基本的实验基础。. （b）通过掺杂研究超导、磁涨落、电子结构、非费米液体行为之间的关联。LiFeAs体系随着Co和V掺杂，费米面变化经历了非嵌套-嵌套-非嵌套变化；磁涨落经历先增加后降低的变化；与此同时体系也经历了费米液体-非费米液体-费米液体转变。非费米液体行为正好对应于体系费米面嵌套，尽管长程磁有序没有出现，但是磁涨落最强，所以意味着量子临界点的存在。. （c）发现并制备系列新奇的结构功能材料，并探索其超导性质。实验发现新型铜氧化物材料: Ba2CuO2Cu2Se2和一类新的准一维链结构材料：Ba9V9Se15、Ba3TiTe5、Ba9Sn3(Te1-xSex)15和Ba6Cr2S10等。Ba2CuO2Cu2Se2结构中包含完整的[CuO2]平面和与铁基超导层[Fe2As2]相同结构的[Cu2Se2]层，这为进一步探索新的铜氧化物超导体提供很好的母体相。上述准一维导体和准一维自旋链材料有待后续的进一步研究。为今后准一维导体和准一维自旋链材料的进一步研究打下来坚实的基础。