CaFeAs單晶的結構表徵和量子震蕩測量確定的費米面結構 (右)
獲得電子結構資訊是揭示非常規超導形成機制的重要前提, 但人們對1111型鐵基超導的電子結構了解甚少. 中國科學院超導電子學卓越創新中心, 中科院上海微系統與資訊技術研究所資訊功能材料國家重點實驗室牟剛團隊, 與日本國立材料科學研究所Taichi Terashima課題組等合作, 在前期成功獲得高質量, 大尺寸1111體系CaFeAsF單晶的基礎上, 利用強磁場下的量子振蕩效應, 首次獲得該材料的電子結構資訊. 相關研究成果以Fermi Surface with Dirac Fermions in CaFeAsF Determined via Quantum Oscillation Measurements為題, 發表在Physical Review X上.
鐵基1111體系作為最早被發現, 體材料中轉變溫度最高的鐵基高溫超導材料, 一直缺乏大尺寸, 高質量的單晶樣品, 制約了對這一材料體系相關物理問題的深入研究. 牟剛團隊選取CaAs作為助熔劑, 生長出毫米尺寸, 高質量CaFeAsF母體及Co摻雜超導體單晶, 為鐵基超導體1111體系的深入研究奠定了基礎. 此外, 他們向中科院物理研究所, 複旦大學, 上海高壓中心, 武漢脈衝強場中心, 新加坡南洋理工大學, 日本國立物質材料研究所等多個國內外研究機構提供單晶樣品開展合作研究. 量子振蕩實驗基於舒勃尼科夫-德哈斯效應 (SdH效應) , 要求材料中的電子具有足夠長的自由運動時間, 對樣品質量提出很高要求, 牟剛團隊生長的高質量單晶樣品為該實驗的順利開展提供了前提保障. 量子振蕩測量發現, 該材料具有非常小的費米面 (如圖(d)所示) , 其中的電子型費米面附近的能帶具有狄拉克型色散關係, 並首次觀察到鐵基超導材料中非平庸的Berry相. 該研究為進一步了解鐵基超導1111體系的電子態狀況, 及其對超導行為的影響具有重要的推動作用.
研究工作獲得了國家自然科學基金委和中科院青年創新促進會的支援.
