鐵基超導體中巡遊電子對反鐵磁性的貢獻

量子材料科學中心李源老師組在《物理評論X》 雜志發表文章，報道了鐵基超導體中巡遊電子對反鐵磁性具有貢獻的直接實驗證據。

鐵基超導體中的超導相，與在銅基超導體中一樣，總是發生在反鐵磁轉變的邊緣。超導與磁性一直被認為有着很大的關系。但是不同于銅基超導體，鐵基超導體中磁性的微觀起源一直是一個存在争議的問題。已有的實驗結果分别支持兩種可能：一種認為反鐵磁性來源于局域電子的自旋磁矩；而另一種認為是巡遊電子的集體行為帶來了這種磁性。雖然有很多實驗試圖去澄清這兩種觀點，但卻沒有一個确鑿的直接證據能肯定其中任何一個說法。

這兩種圖像給出的磁有序态下的自旋激發譜具有不同的特點。對于局域電子圖像來說，自旋有着确定的大小，因此自旋的激發隻可能是圍繞着自旋排布方向的幅值大小不變的進動，也就是“橫模自旋激發”；而對于巡遊電子圖像，因為磁序是巡遊電子給出的，其幅值依賴于參與磁序的巡遊電子數量，所以自旋激發譜會另外多出一個沿着自旋排布方向幅值振動的模式，也就是“縱模自旋激發”。

在最新發表的文章“Longitudinal Spin Excitations and Magnetic Anisotropy in Antiferromagnetically Ordered BaFe2As2”，李源教授和他的博士生王沖與中科院物理所戴鵬程老師組合作，利用非彈性中子散射的方法對鐵基超導的母體材料BaFe2As2的磁激發譜進行了研究。該實驗在法國勞厄-郎之萬實驗室的IN22中子譜儀上與譜儀科學家勒尼奧博士合作完成。自旋極化的中子散射可以區分不同自旋激發模式的振動方向。使用目前最先進的實驗手段和非常大的單晶樣品，李源教授和他的合作者獲得了足夠好的數據精度，證明了縱模自旋激發的存在。這個發現為鐵基超導體中反鐵磁性的巡遊電子起源找到了确鑿的證據。

摻雜樣品中的超導現象毫無疑問來自于巡遊電子，而此項研究表明在母體材料中巡遊電子對反鐵磁性也有重要的貢獻。因此，這更加确定了巡遊電子在磁性和超導之間的重要紐帶關系。

本項工作得到了中國國家基礎研究項目和中國國家自然科學基金的支持。