关联电子材料中非朗道费米液体行为的远红外光谱学研究

The coupling among the charge, spin, orbital, lattice freedom in correlated materials results in various unique quantum states. Those phenomena resulted from the correlateion effect can not be understood within the framework of Landau-Fermi liquid theory. It is important to understand the nature of those novel quantum effects, propose new concept, build up new theory in order to build up the framework of theory for correlated electrons beyond the Landau-Fermi liquid theory. Based on our previous work, we are going to study the non-Landau-Fermi liquid behaviors in iron-based superconductors and high angluar momenta electron compound by far-infrared spectroscopy, emphasis on the the linear temperature of scattering rate, the relation between non coherent component in optical conductivity and electron correlation, nematic phase and quantun critical transition, spin-orbital coupling and electron-phonon coupling in possible quantum spin liquid material, in an effort to understand the relation between electron correlation and non-Fermi-liquid behaviors, so as to provide experimental base for the understanding of the non Landau-Fermi liquid behaviors.

关联电子材料由于电荷、自旋、轨道和晶格等多个自由度之间的耦合而导致了各种新奇量子态的产生，呈现出丰富多彩的物理性 质。诸多关联效应所导致的物理现象无法在传统朗道费米液体理论的框架内进行描述与理解，如何正确地理解这些新奇量子效应的物理本质，提出新的概念、发展新的理论，建立关联电子物理的理论框架也已经成为当代凝聚态物理学迫切需要解 决的重大科学问题之一。本项目拟在前期工作的基础上，利用远红外光谱测量手段对系列铁基超导体和相关的高轨道角动量电子化合物中的非朗道费米液体行为进行研究，重点关注散射速率的线性温度依赖关系、光电导的非相干分量与电子关联和费米面拓扑的关系、电子向列相和量子临界、量子自旋液体材料中的自旋轨道耦合和电声相互作用等，以期理解电子关联效应与非朗道费米液体行为之间的关联，进而为系统理解非朗道费米液体行为提供实验基础。

本项目的目标是利用远红外反射光谱的测量手段，解决一些关联电子材料中与非朗道费米液体行为紧密相关的亟待解答的物理问题，如铁基超导体中的散射速率的线性温度依赖关系与电子掺杂浓度的关系，光电导谱中两个分量与费米面拓扑结构和电子关联的关系，自旋轨道耦合与电子关联效应之间的关系等。在项目执行期间，我们对铁基超导体和强自旋轨道耦合的拓扑半金属材料进行了远红外光谱学研究，主要进行了以下几方面的研究：（1）铁基超导材料Sr0.67Na0.33Fe2As2中磁与结构相变的研究；（2）(CaFe1-xPtxAs)10Pt3As8 正常态类半导体行为研究；（3）BaFe2(As0.7P0.3)2最佳掺杂超导体的光学性质；（4）磁性外尔半金属Co3Sn2S2磁性对拓扑能带结构的影响。我们获得了以下结果：（1）具有C2、C4磁有序态和超导态的Sr0.67Na0.33Fe2As2的能带结构中，C2和C4磁结构相变会导致能带发生明显的重构。在费米面上打开能隙和能带的劈裂会明显压制费米面的大小并进一步阻碍超导配对。（2）(CaFe1−xPtxAs)10Pt3As8正常态的半导体行为源于三维长程反铁磁序形成之前的短程二维反铁磁涨落。其光电导在低频带内响应被压制而伴随出现的吸收峰源于大极化子的光致电离。在超导温度以下大极化子束缚的电子仍然参与超导配对。（3）BaFe2(As0.7P0.3)2中其带内响应的散射率具有与电阻一致的线性温度依赖关系，其与量子临界点引起的自旋散射有关。（4）低温下Co3Sn2S2进入铁磁态使得增强的交换劈裂不断平移自旋极化的能带，导致费米面减小，外尔点和自旋轨道耦合打开的非平庸能隙逐渐靠近费米能级，从而使得Berry曲率在布里渊区的积分逐渐增大。以上结果对理解关联电子材料中的非朗道费米液体行为具有重要意义。