《自然》发表陈仙辉铁基超导体最新科研成果

中国科大微尺度物质科学国家实验室的陈仙辉课题组近日在铁基超导体研究领域又取得重要进展。研究表明，探寻晶格与自旋自由度之间的相互作用对理解高温超导电性机理是非常重要的。该成果发表在5月7日出版的《自然》杂志上(Nature 459，64(2009).)。上述研究工作是与中国科大国家同步辐射国家实验室的吴自玉合作完成的。

最近，在铁基磷族化合物中发现的超导电性由于其超导临界温度突破了传统BCS理论预言的麦克米兰极限(39K)，掀起了又一次的高温超导研究热潮。理论研究表明，该体系的电-声子相互作用并不能解释如此高的超导临界温度，并且提出强的铁磁/反铁磁涨落机制。但是，实验显示，铁基超导体的超导电性与磁性对晶体结构非常敏感，这表明体系可能存在非传统的电-声子相互作用。

陈仙辉课题组通过氧和铁同位素交换，研究SmFeAsO1-xFx和Ba1-xKxFe2As2两个体系中超导临界温度(Tc)和自旋密度波转变温度(TSDW)的变化，发现Tc的氧同位素效应非常小，但是铁同位素效应非常大。令人惊奇的是，该体系铁同位素交换对Tc和TSDW具有相同的效应。这表明在该体系中，电-声子相互作用对超导机制起到了一定的作用，但是并不是简单的电-声子相互作用机理，可能还存在自旋与声子的耦合。铁基超导体中，Tc以及SDW的铁同位素效应都要大于氧的同位素效应。这可能是由于铁砷面是导电面，因而其对超导电性有很大的影响，并且自旋密度波有序也是来自于铁的磁矩。在铜氧化合物高温超导体中，超导临界温度的同位素效应随掺杂非常敏感。在最佳掺杂，同位素效应几乎消失，而随着降低掺杂逐级增大并在超导与反铁磁态的边界上达到最大值。这表明在铜氧高温超导体中同位素效应与磁性涨落也有着密切联系。这种反常的同位素效应表明电-声子相互作用在铜氧化合物中也同样非常重要。因而，陈仙辉教授的发现表明，探寻晶格与自旋自由度之间的相互作用对理解高温超导电性机理是非常重要的。

陈仙辉课题组从2008年发现高温铁基超导体SmFeAs(O,F)体系后，在铁基高温超导体的研究中取得了一系列的重要进展：在国际上首创了自助溶剂法制备铁基122结构的单晶；系统研究了铁基1111以及122结构的铁基超导体电子相图，并研究了随掺杂体系的物理性质的变化，提出了在铁基超导体中存在SDW与超导共存的实验现象。同时， 陈仙辉教授与国内外著名研究组进行了广泛的合作，取得了系列成果：通过研究Andreev反射发现铁基超大体具有s波的超导能隙，并且具有传统BCS超导体的行为；通过μ介子自旋证实了SmFeAsO1-xFx体系中存在磁涨落与超导共存；并且通过APRES实验证实在122体系存在SDW与超导共存；通过中子散射研究了122体系以及1111体系的磁结构；通过STM直接观察铁基超导体超导态磁通点阵。

截至目前，陈仙辉教授课题组在铁基超导体研究中，在《自然》上发表论文3篇，Nature Materials发表论文1篇，Physical Review Letters发表论文9篇，J. Am. Chem. Soc. 发表论文1篇。其中，去年发表的一篇论文(Nature 453，761 (2008))为当年发表论文引用次数最多的五篇论文之一。