铬基超导体K2Cr3As3的核磁共振和缪子自旋共振研究

The quasi-one dimensional K2Cr3As3 compound becomes superconducting below 6 K under ambient pressure. It's superconducting mechanism, i.e., whether nodes exist in the energy and the paring symmetry, are still largely unknown. Whether antiferromagnetic long range ordering exists in the parent phase, and what type of the spin fluctuations mediate superconductivity are still in debate. Investigation of Cr-based superconductors and compare the results with Fe-based and Cu-based superconductors will surely advance the understanding of the high temperature superconductivity mechanism. In this proposal, we utilize local, microscopic, site-selective bulk probes, NMR and muSR, to investigate the physical properties of K2Cr3As3. We will measure the NMR lineshapes, Knight shift, spin-lattice relaxation rate, to understand the static and dynamic spin susceptibility and orbital susceptibility in both the paramagnetic and superconducting states. We will utilize muSR to measure the penetration depth and the superconducting ordered volume of K2Cr3As3.We will compare both NMR and muSR experimental results to understand the paring symmetry. We will further investigate whether it exists antiferromagnetic long range ordering in the parent phase and confirm the type of spin fluctuations, and understand their relation with superconductivity.

具有准一维晶体结构的铬基化合物K2Cr3As3在常压下、温度为6 K以下变为超导体。K2Cr3As3的超导机理，如能隙上是否有节点，轨道配对对称性等问题目前还不清楚。在K2Cr3As3母相中是否存在反铁磁长程有序，调制超导相的自旋涨落是何种类型等问题也不清楚。研究、比较铬基与铜基、铁基超导体的异同，将促进对高温超导机理的理解。我们利用核磁共振(NMR)和缪子自旋共振（muSR）这两种局域、微观、具有位置选择性的测量手段，对K2Cr3As3展开研究。我们通过测量NMR谱线、奈特位移和自旋-晶格弛豫率，来研究顺磁态和超导态下的电子的静态、动态自旋磁化率和轨道磁化率。我们通过muSR测量超导体的穿透深度，超导相的体积分数，然后分析比较NMR和muSR 数据来研究超导配对对称性。我们将运用NMR和muSR研究K2Cr3As3中是否存在反铁磁磁长程有序，确认磁涨落的类型及其与超导的关系。

铁基超导体的研究曾经掀起了一阵热潮。在进行铁基超导体研究的同时，人们也在探索Cr基化合物中是否有超导现象？它的超导机理是什么？研究的重点是2014年底浙江大学曹光旱教授的研究组发现的K2Cr3As3超导体。本项目从2016年1月开始执行，围绕着K2Cr3As3的超导机理研究开展研究工作。我们首先运用核磁共振证明了K2Cr3As3的超导是非常规超导（详细结果见下文）；运用缪子自旋共振(muSR)排除了超导转变温度Tc之上没有任何的短程和长程磁有序。同时，我们对Tc以下到30mK的奈特位移进行了精准的测量，排除掉施加外磁场的影响，我们发现奈特位移在Tc处没有发生变化，这一现象与自旋三重态的理论预测结果一致。.与此同时，随着前沿研究的推进，我们继续块材磁性半导体的研究。我们成功地制备了一系列与铁基超导体具有相同结构的新型块材稀磁半导体，该系列稀磁半导体可以做成块材，样品质量易于控制；而且还具有自旋和载流子可以分开调控的优势，对理解传统的稀磁半导体(Ga,Mn)As中的磁学机制有很大的帮助。作为突破性的成果之一，我们成功地制备了一个块材的N型稀磁半导体，Ba(Zn1-xCox)2As2。它的居里温度随着Co的掺杂量而改变，最高为45K。霍尔效应和热电势效应测量都显示其载流子类型为N型。我们运用缪子自旋共振研究了该稀磁半导体的物理性质，证明了它的磁性是均匀的和本征的。.在过去4年中，我们共计发表文章17篇，其中12篇致谢了本基金。其中，项目负责人作为通讯作者的文章有11篇，与其他人合作发表文章6篇。在这17篇文章中，有1篇文章发表在Physical Review Letters上，有1篇文章发表在Nature Communications上, 有1篇文章发表在Applied Physics Letters, 有3篇文章发表在Physical Review B上, 有2 篇文章发表在Scientific Reports上, 有2篇文章发表在Journal of Physics-Condensed Matter上，有2篇文章发表在 Journal of Magnetism and Magnetic Materials上, 有2篇文章发表在European Physics Letters上,等等。整体来说，该项目较好地完成了最初设想的目标。