非常規(guī)超導(dǎo)體的極低溫輸運(yùn)性質(zhì)研究.pdf

1、金屬或合金超導(dǎo)體中，費(fèi)米面附近動(dòng)量和自旋相反的電子通過(guò)交換虛聲子產(chǎn)生的吸引相互作用克服庫(kù)侖排斥作用而結(jié)合成庫(kù)珀對(duì)。類(lèi)似于量子力學(xué)中對(duì)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)描述，超導(dǎo)序參量(能隙函數(shù))可以用一個(gè)各向同性的波函數(shù)來(lái)表示，稱(chēng)之為s波配對(duì)。其超導(dǎo)微觀機(jī)理可以用BCS理論來(lái)解釋?zhuān)瑢?dǎo)轉(zhuǎn)變時(shí)僅發(fā)生了規(guī)范對(duì)稱(chēng)性破缺，這類(lèi)超導(dǎo)體又稱(chēng)常規(guī)超導(dǎo)體。而非常規(guī)超導(dǎo)體是指造成電子間吸引相互作用的媒介不再是晶格振動(dòng)(聲子)，而是其它如磁相互作用等。非常規(guī)超導(dǎo)體在超導(dǎo)

2、轉(zhuǎn)變時(shí)除了規(guī)范對(duì)稱(chēng)性破缺以外，同時(shí)還伴有其它對(duì)稱(chēng)性的破缺。
　　在過(guò)去的30多年里，研究最多的兩類(lèi)強(qiáng)關(guān)聯(lián)材料是重費(fèi)米子體系和銅氧化物高溫超導(dǎo)體。前者多是含有局域f電子的稀土合金，后者是母體為Mott絕緣體的準(zhǔn)二維層狀材料。最近鐵基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，又為非常規(guī)超導(dǎo)體家族增添了新成員。鐵基超導(dǎo)體有著僅次于銅氧化物的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，它或許能為高溫超導(dǎo)機(jī)理研究提供線(xiàn)索，因此受到了廣泛的關(guān)注和研究。非中心對(duì)稱(chēng)超導(dǎo)體因?yàn)榭梢源嬖谧孕龁螒B(tài)與自旋三態(tài)的

3、混合態(tài)而呈現(xiàn)出奇異量子現(xiàn)象，其超導(dǎo)能隙結(jié)構(gòu)也因?yàn)槿貞B(tài)成分的混入導(dǎo)致各向異性甚至節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)。本文主要利用極低溫強(qiáng)磁場(chǎng)條件下的輸運(yùn)手段研究了幾類(lèi)非常規(guī)超導(dǎo)體的超導(dǎo)能隙結(jié)構(gòu)，主要研究結(jié)果如下：
　　1.低溫電阻率結(jié)果表明，電子過(guò)摻雜超導(dǎo)體BaFe1.73Co0.27As2(Tc=8.1 K)正常態(tài)表現(xiàn)出費(fèi)米液體行為。熱導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)中，零場(chǎng)下的熱導(dǎo)率剩余線(xiàn)性項(xiàng)Ko/T為零，這說(shuō)明其超導(dǎo)能隙在ab面內(nèi)是完全打開(kāi)的，沒(méi)有節(jié)點(diǎn)存在。與常規(guī)s波超導(dǎo)體

4、形成鮮明對(duì)比的是，很小的外磁場(chǎng)就引起了Ko/T的顯著增加。我們提出了一種可能的能隙結(jié)構(gòu)：逐漸減小的空穴型β費(fèi)米面上存有較大的超導(dǎo)能隙△o，而擁有較大態(tài)密度的電子型γ和δ費(fèi)米面上的超導(dǎo)能隙反而較小，很容易被外磁場(chǎng)消滅而對(duì)熱導(dǎo)率增加有直接貢獻(xiàn)。
　　2.通過(guò)電阻率測(cè)量，我們?cè)跇O度過(guò)摻雜的KFe2As2超導(dǎo)體(Tc=3.0 K)中觀察到了一個(gè)外磁場(chǎng)引起的量子臨界點(diǎn)：在上臨界場(chǎng)Hc2=5 T附近KFe2As2表現(xiàn)出非費(fèi)米液體行為p～T1.

5、5，進(jìn)一步增加磁場(chǎng)電阻率隨溫度的關(guān)系變?yōu)閜～T2。低溫?zé)釋?dǎo)率實(shí)驗(yàn)中，在零場(chǎng)下觀察到了一個(gè)很大的電子貢獻(xiàn)項(xiàng)Ko/T，該項(xiàng)隨磁場(chǎng)的演化行為清楚地表明KFe2As2的超導(dǎo)能隙上有節(jié)點(diǎn)存在。該能隙結(jié)構(gòu)可能是由量子臨界點(diǎn)附近的反鐵磁自旋漲落引起的。
　　3.對(duì)“11”體系中FeSex超導(dǎo)體(Tc=8.8 K)的熱導(dǎo)率研究發(fā)現(xiàn)，其零場(chǎng)下的剩余線(xiàn)性項(xiàng)Ko/T=16μW K-2cm-1，雖然不為零，但僅是其正常態(tài)值的4％左右。這么小的剩余線(xiàn)性項(xiàng)不

6、能作為能隙上有節(jié)點(diǎn)的證據(jù)。剩余線(xiàn)性項(xiàng)Ko/T隨磁場(chǎng)的增加表現(xiàn)出多能隙s波超導(dǎo)體的特征，類(lèi)似于典型的多帶超導(dǎo)體NbSe2。
　　4.首次報(bào)道了重費(fèi)米子超導(dǎo)體Ce2Pdln8(Tc=0.68 K)中存在的量子臨界現(xiàn)象。電阻率結(jié)果顯示，上臨界場(chǎng)Hc2處的電阻率ρ隨溫度線(xiàn)性變化，更高磁場(chǎng)時(shí)表現(xiàn)出費(fèi)米液體行為ρ～T2，這表明磁場(chǎng)引起的量子臨界點(diǎn)位于Ce2Pdln8的上臨界場(chǎng)附近。零場(chǎng)下的熱導(dǎo)率存在一個(gè)較大的線(xiàn)性貢獻(xiàn)項(xiàng)，該項(xiàng)隨外磁場(chǎng)的增加而平

7、穩(wěn)的增加，在接近上臨界場(chǎng)Hc2處出現(xiàn)一個(gè)大的跳躍。熱導(dǎo)率結(jié)果表明Ce2Pdln8的超導(dǎo)能隙上有節(jié)點(diǎn)存在，另外它在He2處的跳躍被認(rèn)為是發(fā)生了超導(dǎo)-正常態(tài)一級(jí)相變的證據(jù)。
　　5.利用化學(xué)氣相輸運(yùn)法成功生長(zhǎng)了具有燒綠石結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)體Cd2Re2O7(Tc=1.38 K)。它在T=200 K發(fā)生的結(jié)構(gòu)相變使其中心反演對(duì)稱(chēng)性缺失，不對(duì)稱(chēng)的自旋.軌道相互作用破壞了超導(dǎo)序參量的奇偶性。零場(chǎng)下的熱導(dǎo)率剩余線(xiàn)性項(xiàng)Ko/T為零，給出了無(wú)節(jié)點(diǎn)的能隙結(jié)

8、構(gòu)。Ko/T隨著磁場(chǎng)的增加并不像各向同性s波超導(dǎo)體那樣指數(shù)增加，在H=Hc2/4時(shí)就已達(dá)到正常態(tài)的1/10?？紤]到非中心對(duì)稱(chēng)超導(dǎo)體配對(duì)波函數(shù)中自旋三重態(tài)的引入會(huì)造成能隙的各向異性甚至出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)，這種不尋常的磁場(chǎng)依賴(lài)行為可能由其各向異性的超導(dǎo)能隙引起的。
　　6.利用光學(xué)浮區(qū)法生長(zhǎng)了大尺寸、高質(zhì)量的自旋冰單晶Ho2Ti2O7。磁場(chǎng)沿[111]方向，熱流沿(111)面的熱導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在自旋凍結(jié)溫度Tf以下，聲子幾乎沒(méi)有受到任何磁散