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物电学院卢军强教授研究组在磁电关联效应研究中取得重要进展

发布者:物电学工办   发布时间:2021-01-11  浏览次数:96

       近日,物理与电子信息工程学院卢军强教授研究组与清华大学、中国科技大学合作,在材料物理顶级期刊Materials Today (影响因子高达26.4) 发表内封面文章Fingerprint of Checkerboard Antiferromagnetic Order in FeSe Monolayer Due to Magnetic-Electric Correlation。卢军强教授和清华大学物理系吴健教授为该论文的通讯作者,浙江师范大学和清华大学为该论文通讯单位。这是浙师大首次在Materials Today以通讯单位发表论文。

    高温超导体的微观机理一直是凝聚态物理中重大科学难题之一。研究表明,高温超导体中的超导相一般出现在母体的反铁磁相附近,暗示了磁构型与超导间的密切联系。虽然磁性在材料性能中的重要性已经得到了广泛的认识,但是确认体系局域磁构型仍存在许多困难和局限性。生长在SrTiO3衬底上的单层铁硒(FeSe)薄膜有着~77K的超高超导转变温度,然而其磁构型至今仍存在争议。从研究的角度看,FeSe材料简单的二维层状结构可以简化理论和实验的分析,排除其他复杂因素的干扰,有效而具体地研究影响超导的参量,从而成为理论研究磁构型并与实验测量验证的极佳选择。

  

图:单层铁硒共线性反铁磁态(左)与棋盘状反铁磁态(右)中Fe原子成键态的电荷分布。


       卢军强教授研究组与清华大学吴健教授研究组通过第一性原理计算对于单层FeSe常见的表面缺陷进行了系统的理论研究,首次揭示了局域磁构型与电子轨道占据态之间的紧密关联(磁电关联)。这个关联效应可能导致不同磁构型对应的电子轨道占据态明显不同,从而成为对应磁构型的指纹特征。在FeSe薄膜中,使成键态与不同的磁构型关联在一起的是Fe-Se-Fe的交换相互作用,而不同的成键态对应着显著不同的电测量信号(见上图)。虽然这是一个具体的实例,但是通过中间非磁性原子的交换作用所产生的磁电关联效应是普遍存在的。因此,该项研究为通过电学测量而不是磁效应测量来确认其他材料的磁构型提供了一个全新的有效方法,并可能导致其他磁电效应的发现。在单层FeSe薄膜中,该项研究发现了电子轨道占据态与磁构型关联的三个支持性观测结果,即电子特征随磁序的不同而有明显的变化:aSTM形貌图,b) 缺陷附近的超导间隙和c)面内应变下电子能带结构的演化。基于这种相关性,确认了在这些实验中观察到的FeSe单层膜中的磁构型是棋盘状(Checkerboard)反铁磁序。

  

   

  论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702120302315