铁基超导体的能隙对称性与自旋轨道耦合

Z. Li, D. L. Sun, C. T. Lin, Y. H. Su, J. P. Hu and G.Q. Zheng, Phys. Rev. B 83, 140506(2011).

　  镧铁砷氧等化合物的发现提供了研究高温超导电性新的途径。在铁基超导体中T_c最高的为SmFeAsO_1−xF_x，具有55K超导转变温度，这是除铜氧化物超导体外转变温度最高的超导体。在该类材料中Ba_1-xK_xFe₂As₂最容易生长高质量单晶，因此适合用于研究各种物理性质。对于一类新超导体，首要的问题就是超导对称性。之前的研究发现铁基超导体是多能隙超导体，具有自旋单态。而是否存在能隙节点一直处于争论中。
　  近年来，我们就以上问题Ba_1-xK_xFe₂As₂体系开展了深入的核磁共振研究。我们首次观察到了 Ba_0.68K_0.32Fe₂As₂ 中自旋晶格驰豫率的e指数温度依赖关系。同时观察到正常态存在各向异性的反铁磁自旋涨落，在进入超导态后各向异性消失。从而证实了最佳掺杂样品为各向同性能隙的超导体。
　  在这个工作中，我们利用⁷⁵As核磁共振对Ba_0.68K_0.32Fe₂As₂高质量单晶进行了详细的研究，发现在T_c以下1/T₁迅速下降，在最低温趋于呈现e指数温度依赖关系。这说明能隙是各向同性的。在T_c以上，奈特位移随温度变化不明显，而1/T₁T随温度降低迅速升高，这说明存在反铁磁关联的自旋涨落。通过将H//a与H//c的1/T₁T进行对比可以得到这种反铁磁涨落的各向异性。我们发现a方向的涨落大于c方向，这是由自旋轨道耦合引起。理论计算也支持这一结果。在进入超导态之后，这种各向异性逐渐消失，这是各向同性能隙另一有力证据。

图-1: (a) 75As-NMR 谱图 f = 55.1 MHz ，温度 T = 100 K. (b)奈特位移的温度依赖关系，箭头标明H//a方向的 Tc。

图-2: 1/T1温度依赖关系。 虚线所示为 T3 温度依赖关系。Tc以下曲线为两能隙s± 模型拟合结果。插图为半对数坐标下1/T1T 与 Tc/T 的关系。

图-3: 反铁磁涨落引起的T1各向异性的温度依赖关系。虚线所示为各向同性反铁磁涨落应有的值。

图-4:Tc以下T1各向异性的温度依赖关系。虚线所示为各向同性反铁磁涨落应有的值。