铁基超导体中的磁性及其关联问题

铁基超导体的发现，掀起了新一轮的高温超导研究热潮，磁性在其中扮演重要角色。本项目将系统地研究铁基超导体中的未解决磁性及其关联问题，探索铁基超导体在不同温度、掺杂、压力、晶体结构下的微观磁结构、磁激发、超导配对态、轨道特性、晶格耦合效应等。本项目将使用局域磁模型来研究铁基超导体在不同磁微观有序态下的磁激发、量子相变、有限尺寸效应等。对于铁砷超导体中的砷替代效应，本项目将采用蒙特卡罗方法来模拟无序掺杂效应，发现可能的量子相变，预测磁激发，并和实验结果对照。在超导配对态方面，我们将使用双轨道Hubbard模型来研究超导序参量随掺杂的变化。本项目将使用适当的局域磁模型来研究11类铁基超导体中的沙漏状（Hourglass）磁激发和STM实验所发现的带状（Stripe）电子纳米结构。我么也将和实验相结合，研究铁基超导体的压力效应。本项目对探索铁基高温超导体的物理原理和应用具有重要价值。

铁基超导体的磁性对研究高温超导机理和发现新的超导体具有重要意义。本项目系统地研究了铁基超导体的各种自旋-电荷分布，探讨了他们随电子关联作用、掺杂、压力、温度等因素变化的行为，分析了他们对能带结构和超导电的影响，研究了他们的磁激发特征，取得了一系列重要的成果。通过实空间的多轨道Hubbard模型计算方法，我们研究了铁砷超导体中的自旋和电荷带状相（Stripe），掺杂以后带状相可以进一步变为短程的棒状相（Nematic phase），可以解释中子散射实验中所发现的非公度磁共振峰，同时为探索高温超导机理提供微观图像。我们还研究了KFeSe类铁基超导体的磁性基态，发现了和实验相一致的反铁磁结构，预测了磁性金属态，后被有关实验所证实。和中子散射实验小组合作，我们研究了RbFeSe的微观磁性结构，提出了相应的理论模型，发现绝大多数铁基超导体的次近邻相互作用具有相似的大小，对铁基超导体的超导配对态起着重要的作用。通过动态磁化率的理论和中子实验比较，进一步确定铁砷超导体的超导配对态应该是S+-波。基于实空间的两轨道t-J模型、BdG方程和蒙特卡洛方法，我们研究了铁砷超导体的磷掺杂效应，发现会导致磁相变和超导相变。我们还研究了压力对铁基超导体的磁相变和结构相变的影响, 探讨了自旋-晶格耦合效应，发现铁基超导体的层间交换相互作用对压力比较敏感，从而影响铁离子的有效磁矩，从而对磁相变和结构相变产生重要影响。同时我们提出了基于铁基超导体的多轨道量子自旋模型，通过自己开发的变分蒙特卡罗方法，发现系统演化出丰富的磁有序，例如隐藏的带状相、奈尔相和摇摆相等，可以解释铁基超导体所呈现出的巨大磁矩变化。