铁砷化合物超导体的电子性质和自旋激发的理论研究

以铁砷平面为导电层的铁基超导材料自从被发现以后吸引了广泛的注意。目前，这类材料的超导转变温度最高达55K，是除了铜氧化合物超导体材料以外转变温度最高的超导体材料，在理论和实验上对这一类超导材料的研究均有重大意义。本项目将以铁砷超导体为研究对象，对其电子性质以及自旋涨落的特征进行深入的理论探索，通过对一些物理性质的讨论和物理量的计算，比如自旋磁化率，单粒子谱函数，局域电子态密度，电子自旋点阵弛豫率等等，将计算结果和目前现有的实验结果相比较，对实验结果进行定性定量的理论分析，通过理论计算结果以及对相关实验结果的理论解释，深入探讨这一类材料的超导机理以及其他重要的物理性质，并进一步对相关实验结果进行预测。本项目对于超导理论和实验的发展，具有重要的意义。

本项目以铁砷超导体为研究对象，对其电子性质以及自旋涨落的特征进行深入的理论探索。我们从两轨道模型出发，在平均场近似的框架下，自洽的得出了铁基超导体的电子相图，包含自旋密度波态，超导态，正常态，以及自旋密度波和超导的混合态。在此基础上，我们计算了各个相的自旋激发谱并得到了和实验定性一致的结果。此外，我们也研究了各个相的杂质效应，并进一步考虑无序的情况下相图的变化。此外，我们也深入研究了外加磁场时，涡旋的电子结构以及涡旋态和杂质的关系，在同一个模型框架下，解释了电子型掺杂超导体和空穴型掺杂超导体关于涡旋态的完全不同的实验结果。除了以上铁砷超导体的相关工作，本项目同时也研究了新发现的铁基超导材料AyFe2-ySe2超导材料的自旋涨落性质，在后期我们又研究了新的多带超导材料BiS2型超导材料的配对和自旋激发的性质。我们同时还研究了多层铜氧化合物Ba2Ca3Cu4O8F2的物理性质，实验上证实这是一种自掺杂的四层超导材料，其中，最外面两层是空穴型掺杂，内层是电子型掺杂，有趣的是，实验上发现了电子型掺杂层的超导能隙是空穴型掺杂层超导能隙的两倍，针对这种反常的电子空穴非对称性，我们在t-J模型和slave-boson平均场近似的基础上，考虑层间的单粒子跳跃和库珀对的隧穿效应，通过自洽的计算，我们对序产量的计算结果和实验定性一致，指出了库珀对隧穿效应在多层材料中的重要性。到目前为止，我们已发表和本项目密切相关的论文8篇，其中，包含一篇论文发表在Physical Review Letters (项目申请者为独立作者), 四篇论文发表在Physical Review B, 和三篇论文发表在其他的SCI期刊。