大部分鐵基超導的母體在有限溫度會有“向列”相變,在此溫度之下晶格的四重旋轉對稱性會自發破缺,而在此相變溫度下略低或相同的溫度會發生條紋反鐵磁相變。所以通常認為這些鐵基材料中的向列相是由反鐵磁關聯驅動。
但是FeSe體材料的行為與典型的鐵基超導材料非常不同。FeSe在90K溫度有向列相變,但直到可以測量的最低溫度都沒有磁性長程序。最近的核磁共振研究在向列相變溫度附近也沒有看到低能自旋漲落的增強。基于這些結果,一些人推測FeSe中的向列相和磁性無關而可能是由軌道序驅動。
beat365官方网站的王垡研究員和斯坦福大學的Kivelson教授以及加州大學伯克利分校的李東海教授最近合作提出了對FeSe中向列相起源的不同理解。他們通過理論論證和數值計算提出正方晶格上自旋為1的阻挫自旋模型可以有一種“向列量子順磁相”。這個相自發地破缺晶格的四重旋轉對稱性,但是有自旋能隙,所以沒有接近零能的自旋漲落。王垡及合作者指出這種物相可以解釋FeSe體材料的不尋常物性,并且預言FeSe會在條紋反鐵磁序和交錯反鐵磁序的兩種波矢都具有有限能量的低能自旋漲落。該工作已在《自然•物理》上發表 [Nature Physics 11, 959 (2015)]。
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左圖:兩個向列量子順磁态的原型波函數示意圖。藍色直線上的自旋1磁矩構成AKLT自旋鍊。右圖:自旋1的J1-J2海森堡模型在4x4晶格上的自旋(S=1)能隙和零自旋(S=0)能隙。在J2/J1接近0.6的區域自旋能隙較大而零自旋能隙非常小,預示了熱力學極限下的向列量子順磁基态。 |
這項研究受到國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金的支持。