近兩年，中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室（籌）鄭國慶研究組與德國馬普研究所林成天小組合作，就以上問題對Ba1-xKxFe2As2體系開展了深入的核磁共振研究。最近，他們首次得到了鐵基高溫超導(dǎo)體中反鐵磁序與超導(dǎo)序微觀共存的確鑿證據(jù)。他們發(fā)現(xiàn)，鐵的3d電子同時導(dǎo)致反鐵磁和超導(dǎo)現(xiàn)象。他們還發(fā)現(xiàn)，共存區(qū)超導(dǎo)態(tài)的性質(zhì)反常，值得今后更加深入的研究。
在這個工作中，該組的李政副研究員和周睿同學(xué)利用75As核磁共振對Ba0.77K0.23Fe2As2高質(zhì)量單晶進(jìn)行了詳細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度降低到反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度TN = 46 K時，核磁共振譜產(chǎn)生劈裂（H||c軸）或平移（H||a軸）；接著，對感受到內(nèi)部磁場的核自旋進(jìn)行了自旋晶格馳豫率1/T1 的測量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度剛降到Tc ＝15K時，1/T1 明顯下降并呈T3 變化。這是反鐵磁序與超導(dǎo)序微觀共存的直接的證據(jù)。
他們還發(fā)現(xiàn)，1/T1的行為與最佳摻雜樣品Ba0.68K0.32Fe2As2截然不同【Z. Li et.al. Phys. Rev. B 83, 140506(R) (2011).】，1/T1 在剛進(jìn)入超導(dǎo)后態(tài)的下降隨溫度的變化遠(yuǎn)慢于最佳摻雜樣品。這說明與反鐵磁有序微觀共存的超導(dǎo)態(tài)是一種新奇的超導(dǎo)態(tài)，值得今后更加深入的研究，特別是理論分析。
該工作已作為“兩點(diǎn)文章”，以rapid communication形式發(fā)表在Physical Review B雜志【Phys. Rev. B 86, 180501 (R) (2012)】上。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金青年基金項目、科技部973項目的支持。
圖-1：核磁共振實(shí)驗(yàn)得到的Ba1-xKxFe2As2相圖。方形符號為Néel溫度TN，圓形符號為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc 。黃色區(qū)域?yàn)榉磋F磁相，藍(lán)色區(qū)域?yàn)槌瑢?dǎo)相，中間交疊的綠色區(qū)域?yàn)槌瑢?dǎo)與反鐵磁微觀共存相。
圖-2：（a）和（b）分別是外加磁場H0平行于c軸和ab面時，TN之下反鐵磁有序相中75As核所感受到的有效磁場的示意圖。紅色箭頭表示的是Fe磁矩的方向，磁矩平躺在ab面內(nèi)，綠色箭頭表示的是內(nèi)部磁場的方向，內(nèi)部磁場平行于c軸方向，但Fe平面上下的75As核所感受到的內(nèi)部磁場方向相反。
圖-3：(a)和(b)分別是當(dāng)外加磁場H//c和H//a時TN之上和之下75As的核磁共振譜。(a)當(dāng)H//c時，核磁共振譜上所有的峰發(fā)生了明顯的劈裂。(b) 當(dāng)H//a時，核磁共振譜上所有的峰發(fā)生了明顯的移動。
圖-4：1/T1 的溫度依賴關(guān)系。直線為T3 溫度關(guān)系。由于反鐵磁相變，1/T1 在TN處形成了一個峰，然后緊接著在Tc 處再次下降，說明反鐵磁有序與超導(dǎo)有序微觀共存。
