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罗永康教授在Sr2RuO4的超导电性研究上取得重要进展

发表时间:2019-06-05 作者:罗永康 浏览次数:

新闻网讯(通讯员 罗永康)531日,《物理评论X》(Physical Review X)在线刊发了国家脉冲强磁场科学中心罗永康教授题为“Normal state17O NMR studies of Sr2RuO4under uniaxial stress”的论文。该成果由罗永康教授与美国加州大学洛杉矶分校Stuart Brown教授、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室Eric Bauer研究员、美国海军研究实验室Igor Mazin研究员、德国德累斯顿马普所Clifford HicksAndy Mackenzie等多人合作完成,罗永康教授为论文第一作者和通讯作者。

Sr2RuO4是近25年来的一个十分有名的超导体,一度被认为是具有奇对称、自旋三重态配对等特性的非常规超导体的代表。尽管它具有和铜氧化物超导体相同的晶体结构,但其超导临界温度却要低1-2个数量级。自从1994Y. Maeno发现它的超导电性(Tc=1.5K)以来,理论物理学家根据其对称性及Ru4+电子的晶体场能级推断它的超导电性可能类似于3He超流,即具有奇对称、自旋三重态。实验上,早期的核磁共振(NMR)和极化中子散射发现其超导相变前后没有自旋磁化率的变化;同时,µ介子自旋旋转(μSR)和克尔效应测量表明其超导态存在自发的时间反演对称性破缺。综合这些实验现象,具有手性的p波超导配对似乎是最有可能的超导序参量,即d=z(kx±iky)

然而,也有不少实验对此提出挑战。比如,最近德国马普所的Hicks等人通过单轴应变调控发现,当Tc增加到3.5K时,由第一性原理计算推测该体系可能趋近于一个范霍夫奇点(vHs),导致它的态密度发散性增强,并且在小应变下Tc变化平缓,不符合手性p波序参量在应变下该有的行为。因此,当Tc达到3.5K时,Sr2RuO4体系是否符合范霍夫奇点还需要通过块体的、局域的实验来验证,而NMR测量正是符合这类条件的实验。

该研究中,罗永康教授和合作者通过对Sr2RuO4进行17O NMR测量,发现所有O位置的奈特位移数值在应变下都明显增大,符合范霍夫奇点的特征。这个研究虽然是在正常态进行,但对研究Sr2RuO4的超导电性具有一定的启发性:一方面,从态密度角度看,自旋单态配对下Tc受态密度影响更大;而另一方面,由于范霍夫奇点同时也会增加Stoner因子,即体系趋近于铁磁不稳定性,从而增强了自旋三态的配对强度。该研究从实验上证实了Sr2RuO4中的范霍夫奇点,但要进一步揭示这种材料在应变下的超导配对性,还需要在更低温度即Tc以下进行更直接的测量(后续工作见arXiv:1904.00047)。

                    图1 上图所示为单轴应变下NMR测量装置。下图所示为应变下Sr2RuO4的费米面结构,

          其体系态密度在趋近于范霍夫奇点时呈发散性增加。


                 图2 应变下17O核磁共振的核磁共振图谱。图中所示为17O的-1/2↔1/2核激发跃迁峰。

左图为B//b,右图为B//c


罗永康教授是我校国家脉冲强磁场科学中心2018年新引进的优秀青年人才,主要从事凝聚态物理(实验)研究,在强关联电子系统、非常规超导、拓扑材料、量子相变及量子临界点等领域取得了系列重要成果,已在Nature MaterialsPNASPRL等高水平期刊发表论文60余篇。



论文链接:https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.9.021044