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二硼化镁多带超导电性研究取得进展 |
2009-05-08 |
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近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室超导国家重点实验室闻海虎小组与北京大学物理系的庄承钢博士、美国宾州大学郗小星教授合作，在二硼化镁多带超导电性研究中取得重要进展。研究成果发表在【Huan Yang et al., Phys. Rev. Lett. 101, 067001 (2008)】。
在金属材料中，多带以及多费米面是个普遍特征。当材料进入超导态以后，一般在费米面上要打开超导能隙，因此多能带会导致多能隙的出现。在很多超导材料中，由于极强的带间散射，多带效应会被大大削弱。但是，在一些具有准二维特性的超导材料中，由于不同能带上面电子运动波函数的正交性，多带和多能隙效应就会表现出来。最近发现的铁基超导体也表现出一定的多带效应。这是目前超导材料和物理研究的一个重要方向。
二硼化镁是一个典型的多带超导体，它具有两个空穴型的σ带，一个空穴型的π带和一个电子型的π带。由于费米面的特殊构型(π带为三维而σ带为准二维)，因此它的不同能带上电子的波矢处于正交状态，使得带间散射不是很强，这使得该超导体的多带特性表现得很突出。磁阻是探测电子在回旋运动中散射率变化的有力手段，而Hall效应又能够探测到载流子数量等信息，因此结合磁阻和Hall效应可以推导出不同能带电子的散射率。 本文来自中华人民共和国图鉴社
闻海虎小组与其合作者测量不同杂质浓度的二硼化镁薄膜的磁阻和Hall效应。他们在纯净的二硼化镁薄膜上面观察到强的磁阻效应(100% at 9T，45 K)，对应着有明显的非线性Hall效应。结合理论分析和第一性原理计算(与物理所施均仁研究员和姚裕贵研究员小组合作)，他们第一次在多带超导体中获得了每个能带电子的散射率，甄别出杂质散射和声子散射的不同贡献。这个工作将开辟研究多带超导体中电子散射研究的新途径，具有一定的普适性，可以向其他多带系统推广。
最近几年来，闻海虎小组一直关注多带效应对超导态的影响。如他们与美国宾州大学合作，在二硼化镁纯净薄膜上面看见高达100%以上的磁阻效应(9T磁场)，并且具有强烈各向异性关系，这些均反应出二硼化镁中奇特的多带行为。文章发表在【Qi Li et al., Phys. Rev. Lett. 96, 167003 (2006)】。另外，他们开展了大量的输运测量，发现多能隙效应对超导态特性也有显著影响。如发现在较低磁场时，I-V曲线可以用涡旋玻璃标度理论进行描述，说明磁通的三维特性以及带所起到的重要作用。当磁场较高时，由于 π 带小能隙上面准粒子的大量激发，即便在很低温度仍然没有磁通固态即零电阻态出现。这些工作将促进多带超导电性的研究进展。
该工作得到中科院国际合作团队项目、基金委优秀群体项目和科技部“973”项目的支持。
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