铁基超导体中巡游电子对反铁磁性的贡献

量子材料科学中心李源老师组在《物理评论X》 杂志发表文章，报道了铁基超导体中巡游电子对反铁磁性具有贡献的直接实验证据。

铁基超导体中的超导相，与在铜基超导体中一样，总是发生在反铁磁转变的边缘。超导与磁性一直被认为有着很大的关系。但是不同于铜基超导体，铁基超导体中磁性的微观起源一直是一个存在争议的问题。已有的实验结果分别支持两种可能：一种认为反铁磁性来源于局域电子的自旋磁矩；而另一种认为是巡游电子的集体行为带来了这种磁性。虽然有很多实验试图去澄清这两种观点，但却没有一个确凿的直接证据能肯定其中任何一个说法。

这两种图像给出的磁有序态下的自旋激发谱具有不同的特点。对于局域电子图像来说，自旋有着确定的大小，因此自旋的激发只可能是围绕着自旋排布方向的幅值大小不变的进动，也就是“横模自旋激发”；而对于巡游电子图像，因为磁序是巡游电子给出的，其幅值依赖于参与磁序的巡游电子数量，所以自旋激发谱会另外多出一个沿着自旋排布方向幅值振动的模式，也就是“纵模自旋激发”。

在最新发表的文章“Longitudinal Spin Excitations and Magnetic Anisotropy in Antiferromagnetically Ordered BaFe2As2”，李源教授和他的博士生王冲与中科院物理所戴鹏程老师组合作，利用非弹性中子散射的方法对铁基超导的母体材料BaFe2As2的磁激发谱进行了研究。该实验在法国劳厄-郎之万实验室的IN22中子谱仪上与谱仪科学家勒尼奥博士合作完成。自旋极化的中子散射可以区分不同自旋激发模式的振动方向。使用目前最先进的实验手段和非常大的单晶样品，李源教授和他的合作者获得了足够好的数据精度，证明了纵模自旋激发的存在。这个发现为铁基超导体中反铁磁性的巡游电子起源找到了确凿的证据。

掺杂样品中的超导现象毫无疑问来自于巡游电子，而此项研究表明在母体材料中巡游电子对反铁磁性也有重要的贡献。因此，这更加确定了巡游电子在磁性和超导之间的重要纽带关系。

本项工作得到了中国国家基础研究项目和中国国家自然科学基金的支持。