中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在過去幾十年中，電阻對(duì)溫度的線性依賴行為在很多強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系中被發(fā)現(xiàn)，特別是在反鐵磁量子臨界點(diǎn)附近，明顯偏離了正常金屬的費(fèi)米液體行為。許多實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，反鐵磁量子臨界點(diǎn)附近的自旋漲落改變了準(zhǔn)粒子的散射過程，從而產(chǎn)生非費(fèi)米液體行為。同時(shí)，這種自旋漲落也可能是高溫超導(dǎo)的配對(duì)機(jī)制。
在新發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)體中尋找電阻對(duì)溫度的線性依賴行為具有重大意義，因?yàn)樵谶@類材料中，超導(dǎo)電性出現(xiàn)在自旋密度波反鐵磁邊界。然而，鐵基超導(dǎo)體的多帶特征使得其輸運(yùn)特性變得非常復(fù)雜，電阻率對(duì)溫度的線性依賴行為究竟是源于量子臨界點(diǎn)附近的自旋漲落，還是材料本身的多帶效應(yīng)引起了極大爭議。
中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室（籌）超導(dǎo)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室邱祥岡研究員和博士生戴耀民、許兵等，和法國皮埃爾與瑪麗居里大學(xué)以及美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室合作，利用紅外光譜的手段對(duì)以上問題進(jìn)行了深入研究。他們?cè)敿?xì)研究了最佳摻雜K-Ba122鐵基超導(dǎo)材料紅外光電導(dǎo)的溫度依賴，發(fā)現(xiàn)Ba0.6K0.4Fe2As2紅外光電導(dǎo)譜可以分解為一個(gè)寬的和一個(gè)窄的Drude響應(yīng)(圖1和圖2)，說明這個(gè)體系中存在兩種不同類型的載流子，并且兩種載流子具有不同的散射率。進(jìn)一步溫度依賴研究發(fā)現(xiàn)，寬的Drude具有較大散射率，并且不隨溫度變化，窄的Drude具有較小散射率，且隨溫度的降低呈線性減小，從而導(dǎo)致窄的Drude所產(chǎn)生的等效電阻率也隨溫度的降低線性減小(圖3)。通過光電導(dǎo)譜重分析發(fā)現(xiàn)，低頻光電導(dǎo)譜重隨溫度的依賴滿足arctan(T)行為(圖4)，也證明在Ba0.6K0.4Fe2As2中存在隨溫度線性變化的散射率。而這個(gè)隨溫度線性變化的散射率以及相應(yīng)的等效電阻率，在電阻率曲線上被多帶效應(yīng)所掩蓋，表現(xiàn)出高溫區(qū)電阻率趨向飽和的性質(zhì)。
此項(xiàng)研究首次利用紅外的手段研究兩類載流子的溫度依賴行為，解決了電阻率對(duì)溫度的線性依賴行為究竟是源于量子臨界點(diǎn)附近的自旋漲落，還是材料本身的多帶效應(yīng)的爭議，解釋了Ba0.6K0.4Fe2As2電阻率曲線高溫區(qū)域趨向飽和的現(xiàn)象，為鐵基超導(dǎo)相圖中存在量子臨界點(diǎn)提供了證據(jù)。該研究結(jié)果發(fā)表在近期的《物理評(píng)論快報(bào)》上（Phys. Rev. Lett. 111, 117001 2013）。
此項(xiàng)工作得到國家自然科學(xué)基金和科技部“973”計(jì)劃的支持。
圖1 不同溫度下的紅外光電導(dǎo)曲線。
圖2 光電導(dǎo)曲線可以分解為一個(gè)寬的Drude， 一個(gè)窄的Drude (分別代表兩種具有不同散射率的載流子)， 和Lorentz項(xiàng) (表示帶間躍遷)。
圖3 兩個(gè)Drude的溫度依賴。(b)和(d)兩個(gè)面板分別是散射率和等效電阻對(duì)溫度的依賴關(guān)系，其中的兩條黑色虛線是線性擬合的結(jié)果。
圖4 低頻光電導(dǎo)譜權(quán)重隨溫度的變化曲線。3個(gè)不同截止頻率對(duì)應(yīng)的曲線都滿足arctan(T)的關(guān)系。
