铁基超导体电荷动力学的远红外光谱学研究

Iron-based superconductors have rich electronic phase diagram, which provide a platform for us to explore various physics in transition metal oxides. Through the comparisonal studies with those on cuprates, we can have better understanding of superconducting mechanism and related physics. In this project, we will carry out far infrared spectroscopic study on charge dynamics in iron-based supercondcutors in an effort to explore the electronic states in iron-based superconductors. We will imporve the existing FTIR spectrometer, so that to improve the efficiency of the reflectivity. By measuring the relfectivity on samples with different doping at different temperatures, we can obtain informations on physics properties related to the electronic states such as optical conductivity, scattering rate, effective mass, etc. Based on those informations, we will be able to analyze superconducting gap, pairing symmetry, Nematic phase, quantum critical point, electronic corelation strength, and etc.. Better understanding of the electronic states and superconducting mechanism of iron-based superconductors can be achieved.

铁基超导体具有丰富的电子态相图，为我们提供了一个研究过渡金属氧化物电子态的极佳平台。通过与铜氧化合物超导体的对比研究，可以促进我们对高温超导机理及相关物理现象的理解。本项目将利用远红外光谱学测量手段来研究铁基超导体的电荷动力学行为，探索铁基超导体中的电子态以及超导机理。我们将完善现有的远红外光谱测量系统，改进测量技术，提高其测量反射率的效率和测量精度，以获得更加可靠的远红外光谱数据。通过在不同温度下系统地测量不同体系不同掺杂的铁基超导体的远红外反射率谱，得到各种与铁基超导体电子态相关的物理量如光电导率、散射速率、有效质量等，来对铁基超导体中的超导能隙、配对对称性、赝能隙、Nematic相、量子临界点、电子关联等进行分析，为理解铁基超导体中的各种电子态以及探索铁基超导机理提供系统的远红外光谱学方面的实验证据。

铁基超导体具有丰富的电子态相图，为我们提供了一个研究过渡金属氧化物电子态的极佳平台。本项目利用远红外光谱学测量手段研究了铁基超导体的电荷动力学行为，探索铁基超导体中的电子态以及超导机理。通过在不同温度下系统地测量不同体系不同掺杂的铁基超导体的远红外反射率谱，得到了各种与铁基超导体电子态相关的物理量如光电导率、散射速率、有效质量等，对铁基超导体中的超导能隙、配对对称性、类近藤效应、电子关联等进行了分析，为理解铁基超导体中的各种电子态以及探索铁基超导机理提供系统的远红外光谱学方面的实验证据。具体成果如下：1、发现Ca0.86Pr0.16Fe2As2坍塌正交相（cT相）在发生坍塌相变后体系的能带发生了重构，关联性明显变弱，而且在0.4 eV处形成了一个新的中红外峰。这个新的中红外峰可能与相变后由于晶格扭曲或轨道杂化导致的轨道有序态有关，该轨道有序态能够很好的解释相变后体系中消失的局域磁矩以及自旋涨落。2、对CaKFe¬4As4铁基超导样品的电荷动力学性质进行了研究。在超导态观察到一个明显的完全打开的超导能隙，通过数据拟合得到了两个大小分别为9meV和14meV的超导能隙。对应于两个不同Fe-As键的晶格振动的两个声子有类似Fano线型的谱线，表明声子与电子的自旋或电荷有相互作用。从谱权重分析我们发现该系统中存在中等强度的洪德耦合，巡游电子与局域磁矩之间的耦合会影响声子模式，由自旋中介的电声相互作用有可能在铁基超导体发生的超导现象起着一定的作用。3、发现在大约为155 K的温度下KFe2As2的光电导发生一个从非相干到相干的转变，呈现出一个新的相干的光学响应。在温度为75K时，该相干响应的散射速率服从温度的平方关系，表现出典型的费米液体行为。我们的结果表明近藤型的屏蔽是引起该非相干-相干转变的主要原因。4、通过红外光谱手段研究了外尔半金属TaAs的电子和声子性质,首次发现了外尔费米子和声子之间存在的很强的耦合作用，而且这种耦合作用可以被温度有效的调控。