一个超导体的正常态性质对理解非常规超导的机理极其重要。在很多铁基超导体中,正常态表现出一种具有二度对称的电子态行为,被称为是电子向列相。铁基超导体中电子向列序的存在已经被众多实验所证实,铁基超导体中普遍存在着四方到正交的结构相变,反铁磁相变,和电子轨道涨落。向列相到底与它们之间是什么关系,存在广泛争议。前人已经在体系,如Ba(Fe1−xCox)2As2铁基超导体中对向列相有了广泛的研究,但由于其结构和反铁磁相变温度差别甚小,给这一问题的解决带来了困难。

南京大学闻海虎教授小组的邓强同学及其合作者针对NaFe1-xCoxAs超导体中的向列相问题进行了仔细的研究。他们首先实现生长了该系列的超导单晶体,发现该系统中结构和反铁磁相变的温度有显著地分别,为这一问题的解决提供了契机。他们在正交相b轴方向加了一个单轴的压力后发现,沿着正交相的a轴和b轴方向的电阻率在某一温度以下有很大的差别,这一差别从母体样品开始一直持续到Co掺杂浓度大约x=0.025±0.002 (如图 1)。另外,结合文献中Ba(Fe1−xCox)2As2的数据,他们发现一个共性,在超导刚出现的欠掺杂区域(在NaFe1-xCoxAs系统中则为母体)附近向列序性质最强。表明电子向列序和超导有着密切的关系。

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图1. (a-f) 用Montgomery方法测量的NaFe1-xCoxAs样品的电阻曲线。Rb, Ra分别代表沿着正交相b轴和a轴方向的电阻(在200K归一化),蓝颜色曲线代表单轴的压力撤掉后带有孪晶样品的电阻。

图2. NaFe1-xCoxAs样品包含了TnemTSTAF信息的相图。

作者把两个方向电阻曲线分开的地方(按照一定的判据)定为向列序的温度Tnem。另外,他们根据电阻曲线上一些有特征的拐点定出了样品的结构相变温度TS和反铁磁相变的温度TAF。结合文献中用其他测量手段获得的>,TSTAF,他们得到了一张包含了Tnem,TS和TAF信息的相图(如图 2)。结果清楚的显示TnemTS在大约x=0.025±0.002同时消失,而反铁磁序在x=0.02之前就消失了,表明向列序和结构相变的关系更近。然而到底向列相是反铁磁相变所致,还是与轨道涨落有关,仍然不好定论,因为这二者可能纠缠在一起,构成了“先有鸡还是先有蛋的问题”。但是该工作对于彻底理解铁基超导体中向列相的问题起到促进作用。该工作的作者是:邓强,刘建忠,邢捷,杨欢和闻海虎。相关结果于2015年1月30日发表在Phys. Rev. B 91, 020508(R) (2015)上。