铈基和镱基混价化合物中的原子价态不稳定性与超导及相关现象的研究

在稀土混价化合物中，f-电子不同价电子组态间的能量相差较少。压力、温度等参量可以将f-电子的价态从一种组态调节到另一种，导致非常丰富的物理现象，如铈元素的"体积塌陷"效应等。当价电子转变发生在很低的温度时，强烈的量子涨落还可导致奇特的宏观量子现象，如超导、非费米液体行为等。我们首次在CeCu2Si2体系的高压相区观察到了此类现象。最近在具有强烈价电子涨落的YbAlB4体系中，超导和量子临界行为也相继被发现，从而进一步促进了人们研究价电子涨落所导致的量子态的兴趣。本项目将重点研究铈基和镱基系列化合物中的价电子相变、超导、量子临界行为及其相互作用。我们将寻找这些化合物中价态不稳定性的实验证据，探索能够调控价电子相变和超导相互作用的实验手段和相关材料，研究价电子量子临界点附近超导态和正常态的主要物理特征。我们旨在揭示该体系中由价电子量子涨落而形成超导的条件和机理以及相应的量子相变物理。

铈基和镱基重费米子材料是研究量子相变的理想体系。研究不同调控参量诱导的量子临界行为，探索其普适特征是当前的一个重要科学问题。另一方面，电子自旋、电荷和轨道等自由度在外界参量调控下均可呈现出量子临界性，电子不同自由度的临界行为以及与之相关的新物理现象是另一个重要方面。为了阐述上述问题，本项目重点研究了几类Ce基、Yb基以及Eu-基化合物，取得了一些重要的结论。通过使用不同的调控参量，我们发现同一化合物可呈现不同类型的磁性量子相变；通过外加压力等手段，这些材料中的f-电子还呈现出价电子的变化，从而可以诱导新的临界行为。.本项目共发表SCI论文18篇，其中包括1篇PNAS，1篇PRL，1 篇Scientific Report，8篇PRB，3篇JPCM，另外应邀正在为ROPP杂志撰写相关综述论文1篇（IF=17.062）；在M2S,ICM等重要国际会议上做邀请报告20余次；培养博士生3名，硕士生2名。.主要研究成果包括：（1）系统地研究了CeRhIn5的强磁场性质，发现磁场和压力可诱导不同类型的磁性量子临界点，并且可由费米面的变化来进行分类，为完善量子相变理论提供了重要的实验依据。（2）通过元素替代和压力，我们发现CeIrIn5的超导出现在反铁磁量子临界点附近，表明超导起源于磁涨落而非先前所讨论的价态涨落，阐清了这一争论已久的问题。（3）发现并合成了Re2T12(P/As)7 (Re=Ce, Yb, T=Fe,Co,Ni)及RePd2As2（Re=Ce，Pr, Nd）系列化合物，通过物理和化学压力研究了Yb2Ni12(P/As)7和CePd2(As,P)2的物理性质，发现压力可以将Yb2Ni12As7从混价态调制到重费米子态，并有可能存在磁性量子临界点，表明该化合物同与CeCu2Si2类似，其f-电子的自旋和电荷可能表现出不同的临界行为，为研究该问题提供了一个新的例子。（4）研究了BiS2基超导体部分材料的超导序参量及压力下的性质，发现此类超导体在压力下呈现出不同超导转变温度，分别对应两类不同的晶体结构。（5）研究了一系列新型非常规超导体的序参量，如率先报道了准一维超导体K2Cr3As3的超导能隙存在节点；首次发现了方钴矿超导体PrPt4Ge12和LaPt4Ge12为两能带超导体等。