1111结构铁基超导材料的高压核磁共振研究

Materials and physical properties of unconventional superconductors have received great attentions in the field of condensed matter physics, and the iron-based superconductors is currently the front area. This project makes a combination of the high pressure technique and the Nuclear Magnetic Resonance method to study the iron-based superconductors, especially the 1111 structure materials.The research will be focused on the intrinsic properties of cooper pair and the mechanism of electron pairing. Our work will be as follows: (1) Prepare LaFeAsO1-xFx high quality samples, while study the properties of structural phase transition, antiferromagnetic phase transition and superconductivity under chemical pressure and physical pressure. A precise 3D doping-pressure-temperature phase diagram will be built; (2) Use high pressure NMR techniques to explore the relationship between AFM and superconductivity is whether competition or coexistence, and research the role of spin fluctuation and orbital fluctuation on superconductivity; (3) by measuring the Knight shift and spin-lattice relaxation rate we will abtain the information about superconducting pairing symmetry. Iron-based superconductors is a multi-band system, the systematic high-pressure NMR studies will contribute to a comprehensive understanding of the properties of iron-based materials, clarify some outstanding issues, and provide clues for the superconducting mechanism.

非常规超导体的材料学和物理性质研究一直是凝聚态物理的前沿领域，其中铁基超导体是当前研究的热点。本项目使用高压和核磁共振相结合的方法，以铁基超导材料，特别是1111结构铁基超导体为研究对象，对其超导配对的性质和机制进行研究。具体开展的工作如下：(1)制备系列LaFeAsO1-xFx高质量样品，测量其在化学掺杂和物理压力作用下的结构相变，反铁磁相变和超导，构建精确的掺杂-压力-温度三维相图；(2)利用高压下的核磁共振技术，判断1111结构中反铁磁与超导的关系是竞争还是共存，研究自旋涨落、轨道涨落与超导的关系，获得可能的超导电子配对机制；（3）通过测量奈特位移与自旋晶格弛豫率，得到超导能隙和自旋配对对称性的信息。对于铁基超导体这样一个多带体系，我们系统性的高压核磁共振研究将有助于全面了解铁基材料的物理性质，澄清一些悬而未决的问题，为超导机理的阐明提供线索。

非常规超导体，例如铜氧化物和铁基超导体，有一个共同的特点是，超导都是出现在反铁磁有序态附近。这使得人们普遍认为，反铁磁自旋涨落导致了这一类材料的非常规超导态。我们通过研究铁基超导体LaFeAsO1-xFx和铬基超导体Rb2Cr3As3，拓展了对非常规超导的认识，这将为探索高温超导提供新线索。..我们利用高压样品制备技术合成出一系列LaFeAsO1-xFx高掺杂样品，其掺杂量x可达0.75，这是此前从未报道过的。通过核磁共振研究，发现超导转变温度Tc随x形成一个新的超导区域，并且在这个新发现的超导区域里，物理性质与之前报道的第一个超导区域完全不同。没有发现自旋涨落的迹象，而是存在一种新型的结构相变，四重旋转对称性被破坏，而相变发生的温度随掺杂量变化的线恰好可以延伸到最佳掺杂附近。与此同时，电阻率在最佳掺杂附近表现出线性的温度变化，预示着一种新的量子涨落。这项工作完善了LaFeAsO的相图，同时暗示，除了近30年来人们讨论的自旋涨落以外，轨道涨落等其他机制，也可能引起高温超导。该研究结果以Express的方式发表在Chin. Phys. Lett., 32, 107401 (2015)..铬基超导体是最近发现的一种新超导材料，此前人们从未在含Cr的材料中发现超导电性。我们利用核磁共振和核四极共振技术，研究了新型Cr基超导体Rb2Cr3As3的微观性质。研究发现该材料中存在较强的自旋涨落,并且涨落是铁磁性的。在超导态，1/T1随温度下降表现出温度5次方（T5）的变化行为，表明Rb2Cr3As3的超导态是非常规的，其能隙函数里存在点状节点。这项工作首次在Rb2Cr3As3中发现了铁磁自旋涨落背景下的非常规超导，预示自旋三态超导的可能性，并且Rb2Cr3As3很可能是首个超流He3在固体中的翻版。该研究结果发表在Phys. Rev. Lett. 115, 147002 (2015)