Fe(Te,Se,S)化合物的超导电性和磁性研究

自去年初在LaFeAs(O,F)体系中发现26K超导电性以来，还在另外三个具有相类似结构的：(Ba,K)Fe2As2、LiFeAs和Fe(TeSe)系统中发现了超导电性，其最高Tc已达55K，高温超导电性研究再次成为凝聚态物理学科重要研究课题之一。本项目将在申请者过去工作的基础上，针对Fe(Te,Se,S)体系的超导电性和磁性开展进一步研究。探索新型Fe、Ni硫族化合物的合成，寻找新型Fe、Ni基超导体；通过Fe含量的调节，在不同衬底上(引入内应力)生长出具有铁磁和超导电性的FeSe单晶薄膜，研究其应力对其磁性、超导电性的影响；揭示Fe(Te,S)系统中超导电性与反铁磁序之间的微观关联；改善Fe(TeSe)单晶品质，就其Fermi面结构、超导能隙、超导Cooper对类型等给出明确结论，从而加深人们对Fe(Te,Se,S)系统中磁性与超导电性的理解，为Fe基超导体微观机理的解决提供实验证据。

课题组就新型FeSe-基超导体的发现和理解，开展了系列研究，取得了多个创新性成果，达到项目预期目标。.(1) 新型(Tl,K,Rb)FexSe2超导体的发现。2010年底，我们首次报道了新型(Tl,K,Rb)FexSe2中的30-40K超导电性，并证实其靠近反铁磁绝缘体，首次提出该化合物中存在Fe空位超格子结构。该工作发表在EPL后，被评为其2011年有特色论文；并做了亮点报道；成为其两年来被引次数最多论文；被选为国际超导领域的Hot Paper；入选“2011年中国百篇最具影响国际学术论文”。国内外多个研究组，利用我们制备的晶体，就其磁结构、晶体结构、电子结构、超导能隙、高压下相图和相分离等问题开展了大量研究，获得了许多重要结果，它们分别发表在Nature (1篇), PRL (2), PRB(1), EPL(4)，JOP(1) 等刊物上，从而掀起了新一轮Fe基超导研究高潮。.(2) Fe(Te,Se,S)化合物的超导电性及磁性的进一步研究。基于我们过去在Fe(Te,Se,S)的研究基础，通过除去晶体中的过量Fe原子，获得了Fe(Te,Se)本征相图；通过高场下电阻的测量，证实了其上临界磁场Hc2(T)的各向同性。通过对该系统的电子结构、本征磁化率、Kadowaki–Woods和Wilson比、Knight位移、核自旋-晶格驰豫等物性的观测，以及对FeTe化合物中Cu替代效应的研究，证实：Fe(Te,Se)体系为强关联电子系统，其超导电性起源于反铁磁自旋涨落，加深对该系统的理解。这些工作发表在PRB(4), JPSJ(1), PLA(1)等刊物上。.(3)其它新型Fe基、Ni基化合物探索。在成功合成新型La2O3Fe2(Se,S)2化合物基础上，通过对其结构、电阻和磁化率测量，电子能带结构计算，证实其为反铁磁Mott绝缘体。采用熔炼方法制备Ni3Al1-xGax合金，发现：Ga对Al的部分替代抑制了其长程铁磁序，在临界浓度x=0.34附近，呈现强烈的铁磁量子涨落，上述结果发表在PRL、PRB上。.在项目的资助下，发表论文19篇，其中Nature 1篇，PRL 3篇，PRB 6篇，EPL 4篇，JPSJ 1篇，JOP 1篇，PLA 1篇，其中2篇入选“2011年中国百篇最具影响国际学术论文”。项目组成员在学术会议作邀请报告4次，培养博士、硕士研究生9名。