基于扫描隧道显微镜的铁基超导配对对称性研究

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高温超导体作为目前超导研究的主要材料,其机理并不能用基于电声子耦合的传统BCS理论来解释。铁基超导体作为第二类高温超导体其与铜氧化物类似,超导区的出现伴随着反铁磁的压制,预示着反铁磁涨落有可能取代声子成为电子配对的媒介。结合铁基超导体的费米面形状,在空穴和电子费米面较对等的情况下其能隙函数普遍被认为具有s±对称性。由于铁基超导体具有多带特性,不同掺杂样品的费米面结构具有丰富的变化,使得该材料的超导机理目前仍然没有统一理解。而理解超导体的配对对称性是解开其超导机理重要的一步,铜氧化物超导体经过三十年的研究现已经公认它具有d波对称性,而铁基超导体的配对对称性仍然没有达成一致。如果能理解铁基材料中超导配对对称性,将为解决高温超导机理提供重要的参考。  本文的研究内容即围绕上述问题展开。通过扫描隧道显微学研究,我们希望找到铁基超导体中能隙对称性的相关线索。主要研究内容包括:  (1)用杂质散射效应研究了超导配对对称性。超导配对对称性是机理的直接反映。在铁基材料中,磁起源引起的电子配对将导致能隙的s±对称性;而基于轨道涨落的配对理论将给出s++态的超导能隙,目前还缺少区分这两种模型的判定性证据。我们在Cu掺杂的NaFe0.96Co0.03Cu0.01As样品中确定了掺杂的Cu杂质原子所在的位置,并用磁化测量证明它为非磁性或弱磁性杂质。隧道谱显示Cu杂质可以压制超导相干峰,并诱导出能隙内束缚态,即Yu-Shiba-Rusinov态,这与s±模型结果相一致,为该模型提供了坚实的实验证据。  (2)研究了KFe2As2电子结构中的范霍夫奇点。一个二维能带中的马鞍点将导致该点电子态密度的对数发散,形成范霍夫奇点。低能范霍夫奇点将在材料费米面处产生巨大态密度,并对材料的超导电性产生影响。然而,扫描隧道显微镜谱和基于角分辨光电子能谱实验得到的能带的计算结果显示,该低能范霍夫奇点引入的电子并未形成超导配对,暗示了在范霍夫奇点处存在能隙节点。进一步的分析,我们的发现该实验结果支持coskxcosky形式的s±波。  综上所述,我们用扫描隧道显微镜在铁基超导体中利用杂质散射效应证明了NaFe0.96Co0.03Cu0.01Ass±的配对对称性;在KFe2As2中发现了低能范霍夫奇点,并支持了coskxcosky形式的s±波。这些结果对于系统地理解铁基超导的配对对称性和超导起源有重要参考意义。
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