近日🕵️♂️，物理學系趙俊教授課題組和合作者利用中子散射技術發現鐵硒（FeSe）超導體中存在很強的條紋反鐵磁漲落，並發現該漲落和超導電性、向列相 （nematic phase）的產生有緊密聯系🉑，該研究還確定了鐵硒超導體的配對波函數存在符號改變（sign-reversed）。12月7日，相關研究論文“Strong Interplay between Stripe Spin Fluctuations, Nematicity and Superconductivity in FeSe”在線發表於國際權威期刊《自然·材料》（Nature Materials）（DOI: 10.1038/nmat4492）🤵♀️。物理學系博士生王奇思、沈瑤、郝一清🤵🏿♀️，博士後泮丙營為該論文的前四名作者。
高溫超導是物理研究中的重要領域之一，不僅擁有廣闊的應用前景，也為理解強關聯電子體系中的復雜量子態提供了一個良好的平臺。FeSe 作為結構最簡單的高溫超導體🧚🏿♂️，其獨特的物理性質使它成為高溫超導領域的研究熱點。例如，在加壓或離子插層後其超導轉變溫度可以從8 K升高到40 K，單層FeSe薄膜的超導轉變溫度甚至可能高達65K到109 K。從相圖上看☛，FeSe與之前被廣泛研究的鐵砷類高溫超導體也有著顯著差異。鐵砷類超導電性總是出現在條紋反鐵磁序和向列序附近🎾，然而FeSe卻只呈現向列序而沒有長程條紋反鐵磁序。因此🙎🏼♀️💀，理解磁性在FeSe的超導配對和向列性的產生中起到何種作用是理解FeSe類超導體機理的一個核心問題👰🏽♀️。
趙俊教授課題組的中子散射研究表明，FeSe中有很強的條紋狀反鐵磁漲落，而且在4毫電子伏附近有尖銳的自旋共振峰，表明其超導配對波函數在電子型費米面和空穴型費米面間有符號改變。此外🕗，自旋共振峰的能量和該體系的電子玻色子耦合模能量一致，這說明反鐵磁漲落可以驅動超導電子配對。另外🦸♂️，研究還發現🛀，條紋反鐵磁漲落在向列序發生的溫度之上就已經出現, 而且在降溫進入向列相時反鐵磁漲落急劇增強🧑🧑🧒🧒🚝，其溫度關系和向列相的序參量有強烈的耦合關系。該實驗結果表明，FeSe中雖然沒有長程條紋反鐵磁序〰️🎼，但強烈的條紋反鐵磁漲落和超導電性🚣🏽♀️⚛️、向列性的出現有密切的關系🦥。這一實驗有力地支持了超導配對和向列序都由反鐵磁漲落驅動的理論模型♕。研究結果為進一步理解鐵硒類超導體的新奇超導電性和磁性的關系奠定了基礎。
該研究的單晶樣品由中科院物理所周放研究員團隊、莫斯科州立大學的瓦西列夫教授團隊提供，中子散射實驗在法國ILL🚓、LLB和美國橡樹嶺國家實驗室完成。
左圖為FeSe的晶格結構示意圖，右圖為該體系的低能自旋激發譜。