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羅永康教授在Sr2RuO4的超導電性研究上取得重要進展

發表時間:2019-06-05 作者:羅永康 浏覽次數:

新闻网讯(通讯员 罗永康)531日,《物理評論X》(Physical Review X)在線刊發了國家脈沖強磁場科學中心羅永康教授題爲“Normal state17O NMR studies of Sr2RuO4under uniaxial stress”的論文。該成果由羅永康教授與美國加州大學洛杉矶分校Stuart Brown教授、美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室Eric Bauer研究員、美國海軍研究實驗室Igor Mazin研究員、德國德累斯頓馬普所Clifford HicksAndy Mackenzie等多人合作完成,羅永康教授爲論文第一作者和通訊作者。

Sr2RuO4是近25年來的一個十分有名的超導體,一度被認爲是具有奇對稱、自旋三重態配對等特性的非常規超導體的代表。盡管它具有和銅氧化物超導體相同的晶體結構,但其超導臨界溫度卻要低1-2個數量級。自從1994Y. Maeno發現它的超導電性(Tc=1.5K)以來,理論物理學家根據其對稱性及Ru4+電子的晶體場能級推斷它的超導電性可能類似于3He超流,即具有奇對稱、自旋三重態。實驗上,早期的核磁共振(NMR)和極化中子散射發現其超導相變前後沒有自旋磁化率的變化;同時,?介子自旋旋轉(μSR)和克爾效應測量表明其超導態存在自發的時間反演對稱性破缺。綜合這些實驗現象,具有手性的p波超導配對似乎是最有可能的超導序參量,即d=z(kx±iky)

然而,也有不少實驗對此提出挑戰。比如,最近德國馬普所的Hicks等人通過單軸應變調控發現,當Tc增加到3.5K時,由第一性原理計算推測該體系可能趨近于一個範霍夫奇點(vHs),導致它的態密度發散性增強,並且在小應變下Tc變化平緩,不符合手性p波序參量在應變下該有的行爲。因此,當Tc達到3.5K時,Sr2RuO4體系是否符合範霍夫奇點還需要通過塊體的、局域的實驗來驗證,而NMR測量正是符合這類條件的實驗。

該研究中,羅永康教授和合作者通過對Sr2RuO4進行17O NMR測量,發現所有O位置的奈特位移数值在应变下都明显增大,符合范霍夫奇点的特征。这个研究虽然是在正常态進行,但对研究Sr2RuO4的超導電性具有一定的啓發性:一方面,從態密度角度看,自旋單態配對下Tc受態密度影響更大;而另一方面,由于範霍夫奇點同時也會增加Stoner因子,即體系趨近于鐵磁不穩定性,從而增強了自旋三態的配對強度。該研究從實驗上證實了Sr2RuO4中的範霍夫奇點,但要進一步揭示這種材料在應變下的超導配對性,還需要在更低溫度即Tc以下進行更直接的测量(后续工作见arXiv:1904.00047)。

                    图1 上图所示为单轴应变下NMR测量装置。下图所示为应变下Sr2RuO4的費米面結構,

          其体系态密度在趋近于范霍夫奇点时呈发散性增加。


                 图2 应变下17O核磁共振的核磁共振圖譜。圖中所示爲17O的-1/2?1/2核激發躍遷峰。

左圖爲B//b,右圖爲B//c


羅永康教授是我校國家脈沖強磁場科學中心2018年新引進的優秀青年人才,主要從事凝聚態物理(實驗)研究,在強關聯電子系統、非常規超導、拓撲材料、量子相變及量子臨界點等領域取得了系列重要成果,已在Nature MaterialsPNASPRL等高水平期刊發表論文60余篇。



論文鏈接:https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.9.021044