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物理所铁基超导母体中狄拉克费米子研究获进展

时间:2020-09-17 来源:菜螺文学网
 

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和做出了不可替代的重要贡献。

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年经教育部批准更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学方针,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面高度融合,是一所以研究生教育为主的独具特色的高等学校。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

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  凝聚态物质中的无质量狄拉克(Dirac)费米子是一类能量与动量呈线性关系,且其导带和价带在动量空间某点能量简并的准粒子。由于其对于诸多量子现象的产生起关键作用,因此在凝聚态物质中寻找无质量狄拉克费米子是目前凝聚态物理研究最活跃的领域之一。固体中无质量狄拉克费米子的狄拉克点(即导带和价带的能量简并点)通常受到对称性的。然而,固体中长程磁有序的形成会导致时间反演对称性的破缺,有时还伴随晶体对称性的降低。此外,二维无质量狄拉克费米子虽曾被存在于二维材料(如石墨烯)和拓扑绝缘体的表面,但很少在三维晶体的体内被观察到。铁砷超导体的发现给人们带来新的非常规超导体,并为寻找三维磁性材料中二维无质量狄拉克费米子提供了新机遇。

  铁砷超导母体在低温发生反铁磁相变并呈现共线型反铁磁基态。该反铁磁相变使得铁砷超导母体在顺磁态下的布里渊区沿着反铁磁波矢折叠。因为这里的反铁磁波矢连接位于布里渊区中心的空穴型费米面和处在布里渊区边角的电子型费米面,故铁砷超导母体的反铁磁相变会导致空穴型和电子型能带在费米能级附近相交并打开能隙。然而,理论预言,反铁磁相变后,铁砷超导母体的一些能带相交点受到拓扑,无质量狄拉克费米子存在于其反铁磁态。为进一步研究铁砷超导母体在孩子患有轻微癫痫病,请问要怎么为孩子治疗呢?反铁磁态中的无质量狄拉克费米子,中国科学院物理研究所/凝聚态物理国家研究中心极端条件物理重点实验室“百人计划”特聘研究员谌志国,与师范大学物理学系教授殷志平、中山大学物理学院特聘研究员王陆洋、美国罗格斯大学物理与天文系教授Gabriel Kotliar、美国罗格斯大学物理与天文系教授Kristjan Haule、美国莱斯大学物理与天文系教授戴鹏程、师范大学物理学系青年研究员鲁兴业、物理所超导国家重点实验室副研究员罗会仟等合作,利用强下红外光谱研究了铁砷超导母体AFe2As2(A = Ba, Sr)反铁磁体态朗道能级间跃迁的光学响应。研究人员首先在BaFe2As2的相对反射谱(下反射率相对于零反射率R(B)/R(B0))中观察到两套带间朗道能级跃迁的吸收特征。这些带间朗道能级跃迁能量线性依赖于的根号,两套带间朗道能级跃迁的能量比值约为2.4,且带间朗道能级跃迁能量线性外延至零时为零。此外,与第零朗道能级相关的朗道能级跃迁对应的光学吸收特征明显强于其他朗道能级跃迁的光学吸收。殷志平等对反铁磁态下BaFe2As2开展的DFT+DMFT计算显示沿着动量方向kx和ky有色散为线性的能带,而这些能带沿着kz方向的色散极弱。这些均表明二维无质量狄拉克费米子存在于反铁磁态下的Ba哈尔滨看癫痫好的医院Fe2As2中。为了进一步研究铁砷超导母体中狄拉克点的稳定性,他们将BaFe2As2中的Ba原子全部替换为Sr原子。Ba原子全部替换为Sr原子将改变“122”型铁砷超导母体的晶格参数,但不会拓扑铁砷超导母体中狄拉克点的条件。强下红外光谱研究显示SrFe2As2的带间朗道能级跃迁能量线性仍然依赖于的根号,且带间朗道能级跃迁能量线性外延至零时依然为零。对反铁磁态下SrFe2As2的DFT+DMFT计算也得到了沿动量方向kx和ky呈线性色散且沿kz方向色散极弱的能带。因此,虽然铁砷超导母体的晶格参数受到了改变,但二维无质量狄拉克费米子仍然存在于其反铁磁态中。在AFe2As2(A = Ba, Sr)中观察到二维无质量狄拉克费米子支持铁砷超导母体中的狄拉克点受到拓扑。

  研究工作得到了科技部国家重点研发计划、中科院“率先行动”百人计划和国家自然科学基金等的支持。研究相关发表在《物理学评论快报》上。

  图1.(a)反铁磁态下(温度T≈4.5K)BaFe2As2的相对反射谱R(B)/R(B0)随的变化。(b)BaFe2As2在不同下的相对光电导实部谱。(c) BaFe2As2的两套朗道能级跃迁T1和T2能量线性依忻州哪家医院专业治癫痫,戳进来赖于的根号√B且T1和T2能量线性外延至零时为零。插图中显示T2和T1的能量比值约为2.4。(d)BaFe2As2中二维狄拉克费米子朗道能级跃迁示意图。(e)左图:三维狄拉克费米子朗道能级(或能带)间跃迁示意图,右图:三维狄拉克费米子态密度(DOS)示意图。(f)三维狄拉克费米子的相对光电导实部谱。(g) BaFe2As2在B= 7 T时的相对光电导实部谱。(h)左图:二维狄拉克费米子朗道能级间跃迁示意图,右图:二维狄拉克费米子态密度(DOS)示意图。(i)二维狄拉克费米子的相对光电导实部谱。(j-l)反铁磁态下分别沿kx,ky和kz方向的BaFe2As2的能带色散。

  图2.(a)反铁磁态下(温度T≈4.5K)SrFe2As2的相对反射谱R(B)/R(B0)随的变化。(b)SrFe2As2和BaFe2As2在B=17.5T时的相对反射谱(上图)和相对光电导实部谱(下图)。插图显示SrFe2As2的朗道能级跃迁T1能量线性依赖于的根号√B且线性外延至零时为零。(c-e)反铁磁态下分别沿kx,ky和kz方向的SrFe2As2的能带色散。

  

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