A2Cr3As3中非常规超导电性和量子临界行为的核磁共振研究

Recently, chromium-based compounds A2Cr3As3 (A = K, Rb, Cs) were found to be unconventional superconductors. In this project, we propose to study unconventional superconductivity and quantum criticality of A2Cr3As3 by combining sample synthesis, transport measurements and NMR experiments. We will use NMR method to study the unconventional superconductivity, and explore the symmetry of superconducting pairing, especially the possibility of spin-triplet p-wave pairing. We plan to explore the electronic phase diagram and find the magnetic mother compound of A2Cr3As3 by controlling doping, magnetic field, temperature, etc. We will study the ferromagnetic spin fluctuations, quantum phase transition and the associated quantum critical behavior. Through these investigations, we aim to understand the relationship between unconventional superconductivity and the ferromagnetic spin fluctuations, and hint at the mechanism of superconductivity.

铬基化合物A2Cr3As3（A =K，Rb，Cs）是最近发现的一种新材料，具有非常规超导电性。本项目将围绕A2Cr3As3体系，结合核磁共振、材料制备、输运测量等实验方法，研究A2Cr3As3的非常规超导电性和量子临界行为。我们将利用核磁共振方法研究A2Cr3As3非常规超导态的性质，探索超导配对对称性，特别是自旋三重态p波配对的可能性。利用元素掺杂或替代、磁场、温度等多种调控手段，拓展体系的电子相图，寻找体系的磁性母体。研究体系中铁磁性自旋涨落的性质，探索量子相变及其量子临界行为。通过这些研究，深入理解非常规超导电性和铁磁涨落的关系，最终为揭示超导机理提供线索。

磁性和超导都是凝聚态物理的重要分支。在非常超导体，例如铜氧化物和铁基超导体中，超导相和反铁磁有序常常相伴出现。铁磁是磁性的另一种表现形式，然而目前确认的与铁磁相关的超导体非常稀少。在上个世纪80年代就有理论工作认为，铁磁涨落会导致p波自旋三重态超导的出现。这种超导态与常规的s波自旋单重态超导不同，包含更加丰富的物理。研究表明3He中的自旋三重态超流就是由铁磁涨落引起的。重费米子UGe2在铁磁有序态里出现超导，然而一旦铁磁有序态被抑制，超导就消失。因此，人们对顺磁态铁磁涨落背景下的超导依然缺乏认识。.3d巡游电子体系的顺磁化合物A2Cr3As3（A为碱金属）是近年新发现的一类非常规超导体。我们通过元素替换对A2Cr3As3进行调控，制备出高质量样品，并且利用核磁共振，首次给出了铁磁量子临界点（QCP）附近的超导相图。我们测量了A2Cr3As3（A = Na，Na0.75K0.25, K, Rb）的自旋晶格弛豫率（1/T1），得到了正常态铁磁涨落强度和超导态能隙对称性的信息。我们发现从Na过度到Rb，随着碱金属半径变大，铁磁涨落逐渐增强，系统逐渐靠近铁磁QCP。这个结果可归因于Cr2-As2-Cr2键角α逐渐向90°靠拢从而增强了铁磁相互作用。而当系统偏离QCP时，超导转变温度(Tc)逐渐上升，在Na2Cr3As3处达到了8K。这种行为与反铁磁QCP处Tc为极大值形成鲜明的对比。我们还研究了超导态的性质，发现1/T1的温度变化可以证明A2Cr3As3家族的超导能隙中普遍存在点状节点。以上结果表明A2Cr3As3很可能是超流3He的固态翻版。.我们还针对铁基、铜氧化物，方钴矿结构超导体等材料，通过掺杂，磁场等手段，调控超导、反铁磁性、电子向列相、结构相变的竞争或共存关系，利用核磁共振研究了不同类型的有序态和相关涨落对超导的影响。这些结果将为研究探索非常规超导机理提供新的线索。