磁通是第II类超导体的一个典型特性,每个磁通携带一个通量量子Φ0,并被库珀对组成的超流循环。在磁通钉扎较弱的情况下,磁通之间的相互排斥作用通常使得在它们成为有序的三角晶格,即Abrikosov磁通晶格。磁通晶格很容易受到晶体缺陷或杂质这些钉扎中心的作用而改变排布分布状态。而在一些具有四重对称晶格结构的超导体中,也观察到了四方的磁通晶格。磁通物理和超导应用密切相关,同时也关系到超导材料的机理问题,因此非常重要。CsFe2As2是重度空穴掺杂的铁基超导体,对其磁通和磁通束缚态的研究有非常重要的意义。

南京大学物理学院杨雄博士、杨欢教授、闻海虎教授等,利用扫描隧道显微镜对CsFe2As2的磁通进行了研究,发现在0.2T下,如图1(a)所示,磁通分布为三角格子;而随着磁场的升高,如图1(c)所示,在0.8T下磁通为有一定畸变的四方格子;在0.5T左右,如图1(b)所示,磁通格子为三角和四方格子的混合,这一结论从下图1(d-f)的自关联图像中可以很明显地看出。通过对图1(a-c)中Delaulay三角形角度的统计也会发现这样的规律。当然,磁通之间的平均间距随着磁场增加也有所减小,如图1(g-i)所示。通过简单的理论计算,可以发现在0.5T磁场下,三角格子和四方格子的能量非常接近,因此借助于晶体中四重对称性导致从三角磁通格子变成四方格子也能理解。

图1. 温度为0.4K下不同磁场零能微分电导测量的CsFe2As2磁通图像,可以发现,随着磁场的升高,0.2T下为三角格子,而0.8T下变成倾斜的四方格子,0.5T为两种格子的混合态。

对于0.5T磁场下磁通格子的进一步研究可以发现,其中的三角和四方格子并不是简单的混合,而是在小区域内间隔出现,如下图2所示。可以发现,磁通三角格子和四方格子成长条形轮流出现,基于此提出了过渡态的新的模型。

图2. 对0.5T下磁通分布的进一步分析,发现三角格子和四方格子程长条装间隔出现(a)。以此提出了理论的分布模型,如图(b)所示,自关联图像(c)和实验结果非常相似。

通过对单个磁通的分析,还得到了费米能和相干长度的一些信息。该工作发表在【Physical Review B 98, 024505 (2018)】上,该工作得到国家重点研发计划、自然科学基金和江苏省科学基金的支持。