铁基超导体中磁性和超导电性机理理论研究

最近实验上发现的铁基高温超导体，成为凝聚态物理中的一个重要研究课题。通过一年来的努力，物理学家积累了不少关于该系统的基本物理性质。但是，关于超导态配对对称性和配对机制，反铁磁长程序的物理起源，以及反铁磁与超导的关系等基本问题，还需要大量的工作。目前，理论研究的出发点主要有两类：一是基于巡游电子的弱耦合物理图像，二是基于局域磁矩的强耦合的物理图像。这两类基于不同出发点的理论，在实验方面都受到了不少的挑战。在本项目中，我们将通过综合分析各类实验数据，构建一个包含巡游电子和局域磁矩的一个最小模型。通过对于该模型及其简化模型的研究，我们将系统地研究铁基超导体中的磁性动力学和超导态的配对对称性等问题。

铁基超导体研究的一个核心问题是超导配对对称性及其配对机制。与之相关的一个基本问题是超导相是如何从正常态中产生的。铁基超导体中与超导相临近的正常态包括反铁磁相（或者反铁磁涨落区域）以及与晶格形变密切相关的Nematic相。目前，物理学家已经认识到，铁基超导体中，电荷自由度、磁自由度、轨道自由度以及晶格自由度密切关联在一起。该领域的一个基本问题是确定哪个自由度提供各类相变的基本驱动力。本项目的主要目标是研究轨道自由度及其相关物理效应。我们的主要研究内容包括：i）通过对称性分析，给出一个FeAs4单元的所有正则运动模式，并给出Fe 3d电子的四极矩与这些正则运动模式的Jahn-Teller耦合相互作用；ii）考虑一个包括3dxz和3dyz两轨道巡游电子能带、局域自旋和两种特殊的正则运动模式的模型，我们研究了自旋RKKY和晶格局域形变RKKY相互作用，并分析了磁弹性相互作用；iii） 在平均场近似下，我们研究了包括3dxz和3dyz电子的两轨道巡游电子-J1-J2-JH-晶格模型中的磁、轨道和结构相变之间的关联问题；iv）铁基超导体中自旋-轨道耦合导致的1/T1T各向异性；v）铁基超导体5轨道模型中，电子轨道自由度导致的磁响应的各向异性等；vi）我们还研究了其他几个问题，包括与重费米子系统相关的一个量子相变、铁基超导体中的热力学性质等。目前，理论研究发现，与不同自由度驱动机制相关的能量尺度非常接近，因此，铁基超导体的相变基本机制问题还需进一步的理论和实验研究工作。