典型关联电子体系物性的压力效应研究

Due to its complicated interaction among electron charge, spin, orbital and lattice, electron-correlated system exhibits rich novel quantum phenomena. In depth research will enable us to discover new phenomenon,find new issue and understand their physical nature. This is very important for both revealing the mechanism and exploring new materials. On the other hand, pressure, as one fundamental thermodynamic variable, is an effective candidate to in situ adjust and even change the electronic states of the electron-correlated system. Bassed on the successful experience we achieved during the study of pressure effect on iron-based superconductivity, this proposal aims at the investigation on some typical electron-correlated systems. They are iron-based superconductor, cuprate superconductor and other electron-correlaed material showing similar structural or physical properties. Taking the advantages of our precise magnetic property measurement system MPMS-XL SQUID and hydrostatic pressure equipements, we plan to take pressure as the main tuning parameter to tune various electronic states of these electron-correlated systems.This project is expected to depict the behavior of complicated charge ordering, antiferromagnetic ordering or spin fluctuation of these electron-correlated systems and thus provide important experiemental evidence and information for understanding the high-Tc superconductivity and exploring new functional materials.

关联电子体系由于其电子的电荷、自旋、轨道及其与晶格之间多重相互作用,呈现出奇异且丰富的量子现象。对它们的深入研究，有助于发现新现象、新问题并理解其物理本质，对机理问题的研究和新材料探索都具有重要意义。而压力作为一个基本的热力学变量,是一个可以原位调制甚至改变电子态的有效手段。本项目基于我们摸索出的高温超导电性压力效应实验研究的成功经验，以我们所拥有的国内唯一的MPMS-XL1 SQUID精密磁性测量系统结合专用等静压压力装置为主要实验手段，以关联电子体系中的典型代表如铁基和铜氧化物超导体以及其它表现出相近结构和物性特征的关联电子体系为研究对象，以压力为主要调节参量,结合变温、变场环境条件，对体系中不同的电子态进行调制，认知这些关联电子体系中复杂的电荷序、反铁磁自旋序或自旋涨落的行为规律，以及它们与高温超导电性的相互关联，为理解高温超导电性机理以及为新功能材料的探索提供重要的的实验证据。

关联电子体系由于其电子的电荷、自旋、轨道及其与晶格之间多重相互作用，呈现出奇异且丰富的量子现象。对它们的深入研究，有助于发现新现象、新问题并理解其物理本质，对机理问题的研究和新材料探索都具有重要意义。在本项目的资助下，本研究围绕原计划的研究要点展开。首先，我们以高质量晶体样品制备为切入点，开发和优化了几种单晶合成技术，解决了大尺寸铁基超导单晶制备难题，为相关机理研究取得重要进展提供了关键保障。重点是开发了新颖的离子交换与释放等软化学合成技术，合成出常规方法难以获得的大尺寸高质量系列FeSe基超导单晶。我们的单晶合成方法报道后，迅速被南大、复旦、北大、美国马里兰大学等效仿，涌现了一批研究成果，推动了该领域发展。在此基础上，利用我们擅长的多维测量条件下精细磁性及电输运研究手段，通过对体系中不同的电子态进行调制，在机理研究方面取得了重要进展，包括(1) 首次建立Li1-xFexOHFeSe体系完整相图，实验上确认FeSe基和FeAs基高温超导电性具有共同物理起源 [JACS 137(2015)66]。(2) 发现 (Li0.84Fe0.16)OHFe0.98Se单晶正常态电子的高度二维性，以及反常的磁化率及电阻的线性温度依赖，表明二维反铁磁自旋涨落对超导电子配对至关重要 [Phys. Rev. B 92(2015)064515, Editors’Suggestion]。（3）首次鉴定FeSe单晶的自旋向列序，发现超导临界温度Tc与自旋向列序特征温度Tsn之间普适的线性关系：表明FeSe的超导电性与条纹反铁磁自旋涨落驱动的自旋向列序密切相关，解决了FeSe体超导电性长期悬而未决的一个重要问题 [Phys. Rev. B 94, 060506(R) (2016)]。此外，也开展了新TiO基超导体的压力下超导相分离研究以及重要的国内外合作研究。总之，我们通过压力、温度、磁场、掺杂等为综合调控参量，实现了对几个典型超导体的电子态的调制，发现了一些行为规律，加深了对各有序态与高温超导电性的相互关联的认知，为理解高温超导电性机理提供了重要的实验证据和重要的信息。本项目实现了既定研究目标，并有所拓展。在SCI收录的科学期刊上发表和合作发表论文10篇，其中JACS 1篇， Nature Communications 1篇，PRB 3篇