进展 | 铁基超导体电子向列相中的自旋关联与量子涨落研究

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图3. BaFe2-xNixAs2在Q=(1, 0, 1) 和 (0, 1, 1)处自旋激发强度和自旋关联长 度的对比。

其次介绍电子向列相的量子涨落研究。由于电子向列相随掺杂逐渐消失，因此有报道认为可能存在电子向列相的临界点。但是在通过研究电阻随应变变化来获得向列相涨落时，并没有看到在最佳掺杂附近存在着最强的涨落信号。为了更好地研究电子向列相涨落，他们独立设计并搭建了一套基于压电陶瓷片的单轴压力装置(图4a)。

图4. 基于压电陶瓷技术的单轴压力下BaFe2-xNixAs2电阻测量。

压电陶瓷片既可提供拉伸力(张力)，又可提供压缩力(压力)，因此通过连续改变陶瓷片电压，可以让被测量的晶体感受从正到负的单轴压力(图4b)，准确地获得量子临界区信息。当应力沿着四方相的(110)方向时，由于铁砷面内二重对称的电阻特性，在结构相变温度之下可以获得类似磁滞回线的电阻随压力变化曲线(图4c)。当温度升高至结构相变温度之上时，电阻与压力成线性关系，其斜率随温度上升而迅速变小。这一结果与之前其他方法测量结果是一致的，即在(110)方向能够观测到向列相的信号。然而，令人惊讶地是，在沿着四方相的(100)方向施加应力，同样可以观测到电阻随压力线性变化（图4(d)），这与简单的伊辛向列图像是不符合的。

之前的研究已经表明，(110)方向电阻随线性压力的依赖关系来源于向列相涨落。如果定义ζ为d(ΔR/R ₀ )/dp，其中ΔR、R ₀ 和p分别为电阻变化、零压电阻及压强，在欠掺杂区域，ζ的温度依赖关系类似于居里外斯定律，通过拟合可以获得其平均场转变温度T’（图5(a)）。而在过掺杂区域，则在T _h 处出现鼓包，表明该区域随温度降低而过度到量子无序区（图5(b)）。有意思的是，(100)方向的ζ也出现较强的掺杂依赖关系，且其在欠掺杂区域温度依赖关系无法用居里外斯定律拟合（图5(c)），而在过掺杂区域表现出和(110)方向类似的鼓包行为，二者之间成一定的倍数（图5(d)）。

图5. 单轴压力下BaFe2-xNixAs2电阻测量给出的向列相涨落序参量。

图6给出了BaFe _2-x Ni _x As ₂ 体系的相图，其中T’和T _h 相交在最佳掺杂处，表明存在着向列量子临界点。而(100)方向的ζ信号在该量子临界点处最强，强烈暗示该信号来源于费米面与向列相临界涨落的耦合，这样的量子临界点及其临界涨落行为不是简单的伊辛模型能够描述的。这一新的发现不仅拓宽了我们对铁基超导体向列量子临界涨落的理解，更对巡游电子体系中奇异量子临界点的理论研究提供了新的事例，这一工作发表在Physical Review Letters 117, 157002 (2016)。

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