人工微结构中心成员，中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室和中科院强耦合量子材料物理重点实验室的吴涛教授和陈仙辉院士研究团队在重空穴掺杂的铁基超导体AFe2As2(A = K, Rb, Cs)中发现了一种与重费米子材料相似的近藤晶格行为，该结果表明AFe2As2(A = K, Rb, Cs)可能是一种d电子的重费米子超导体。相关研究成果于4月7日以“Emergent Kondo Lattice Behavior in Iron-based Superconductor AFe2As2 (A = K, Rb, Cs)”为题发表在权威物理学杂志《物理评论快报》上(Phys. Rev. Lett. 116, 147001 (2016) )。该工作的第一作者为我校硕士研究生吴永平同学。
图示：a). AFe2As2(A = K, Rb, Cs)体系中的奈特位移反常行为；b). 反常奈特位移（Ka）的标度行为；c). AFe2As2(A = K, Rb, Cs)体系的自旋-晶格弛豫率；d). 自旋-晶格弛豫率的标度行为；e). 重费米子超导体和AFe2As2(A = K, Rb, Cs)超导体中超导转变温度与特征温度T*的普适依赖行为。
2008年，铁基高温超导体的发现给高温超导电性的机理研究带来了一个全新的研究方向。人们认为铁基超导体中的高温超导电性可能具有与铜基高温超导体相似的物理机制。随后的研究发现，虽然铁基超导体具有与铜基超导体相似的电子相图，但是铁基高温超导体中的电子-电子关联效应却比铜基高温超导体要小许多，属于中等电子关联强度，这给基于强关联的高温超导理论带来了不小的困难和争议。探寻铁基超导体中的强关联效应成为了该领域研究中的一个重要方向。最近，实验发现在重空穴掺杂的铁基超导体AFe2As2(A = K, Rb, Cs)中，其电子有效质量已经接近于重费米子材料，这表明在重空穴掺杂区间，铁基超导体有可能进入了一个强关联区域。为了进一步理解这一强关联现象，吴涛教授和陈仙辉院士研究团队利用固体核磁共振技术系统地研究了AFe2As2(A = K, Rb, Cs)超导体。他们首先确定了在AFe2As2(A = K, Rb, Cs)中存在一个普适的电子态从非相干到相干的渡越，并通过研究该电子态渡越，第一次在铁基超导体中观察到所谓的“奈特位移反常”及其标度行为（如图a,b所示），而这些现象恰恰是近藤晶格的基本特征行为，并普遍存在于重费米子超导体中。另外，实验还发现了该体系的低能自旋激发也同样具有一个类似的渡越行为，并表现出与“奈特位移反常”相同的标度行为（如图c,d所示）。这些结果表明，重空穴掺杂的AFe2As2(A = K, Rb, Cs)超导体具有与重费米子超导体类似的物理特征，可以归类于重费米子超导体家族（如图e所示）。同时，也表明AFe2As2(A = K, Rb, Cs)超导体是一类d电子的重费米子超导体。这一发现将会帮助人们进一步理解铁基超导体中的强关联效应，并且很自然地将铁基超导体、铜基超导体以及重费米子超导体联系到了一起，为高温超导机理的研究带来了新的契机。
上述工作得到了科技部973计划、国家自然科学基金、中科院战略性先导专项、中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。