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强磁场中心在强自旋-轨道耦合材料的研究中取得进展

2016.11.18

  近期,强磁场中心张昌锦研究员课题组在5d强自旋-轨道耦合材料Sr2IrO4的研究中取得进展。相关工作以Enhanced electrical conductivity and diluted Ir4+ spin orders in electron doped iridates Sr2–xGaxIrO4为题发表在《应用物理快报》上。

  铱氧化物具有强度相当的电子关联与自旋-轨道耦合作用,二者的相互作用与竞争带来许多新奇的物理现象,如Mott绝缘体、拓扑晶体绝缘体、Weyl半金属、量子自旋液体等。其中的热点研究体系Sr2IrO4,具有不同于传统能带理论的Jeff=1/2电子结构,并且表现出倾斜反铁磁的自旋基态。此外,由于其晶格结构和电子结构均与铜基超导体以及Sr2RuO4相似,Sr2IrO4近年来被众多理论工作者预言为新型高温超导体。此前,有科研人员在电子注入样品中探测到了一些超导的迹象。然而,体超导的实现依然任重道远。

  张昌锦研究员课题组对该体系进行了退火、化学掺杂等一系列研究。不同位置、不同元素的掺杂,不仅能够改变体系的晶体结构,而且能够改变载流子浓度,对体系的电、磁性质影响显著。其中,对Sr位掺Ga的工作发现,随着掺杂的增加,电阻率降低,导电性增强;当掺杂浓度达到5%时,电阻-温度关系上出现一个绝缘体到金属的转变。磁性测量上,随着掺杂的增加,铁磁性被抑制;当掺杂达到2.5%时,在低温下出现另外一个磁转变,该转变随着掺杂的进一步增加而迅速消失。同高温磁转变相似,新的低温相也是一个倾斜反铁磁相,并且与稀释的Ir4+离子间的交换作用有关。本研究通过化学掺杂对Sr2IrO4电、磁基态进行调控,对于在该体系中寻找高温超导具有重要意义。

  该工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金以及合肥研究院院长基金的支持。

中科院合肥物质科学研究院
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