中國儲能網(wǎng)訊：在過去幾十年中，電阻對溫度的線性依賴行為在很多強關聯(lián)電子體系中被發(fā)現(xiàn)，特別是在反鐵磁量子臨界點附近，明顯偏離了正常金屬的費米液體行為。許多實驗證據(jù)表明，反鐵磁量子臨界點附近的自旋漲落改變了準粒子的散射過程，從而產生非費米液體行為。同時，這種自旋漲落也可能是高溫超導的配對機制。
在新發(fā)現(xiàn)的鐵基超導體中尋找電阻對溫度的線性依賴行為具有重大意義，因為在這類材料中，超導電性出現(xiàn)在自旋密度波反鐵磁邊界。然而，鐵基超導體的多帶特征使得其輸運特性變得非常復雜，電阻率對溫度的線性依賴行為究竟是源于量子臨界點附近的自旋漲落，還是材料本身的多帶效應引起了極大爭議。
中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）超導國家重點實驗室邱祥岡研究員和博士生戴耀民、許兵等，和法國皮埃爾與瑪麗居里大學以及美國布魯克海文國家實驗室合作，利用紅外光譜的手段對以上問題進行了深入研究。他們詳細研究了最佳摻雜K-Ba122鐵基超導材料紅外光電導的溫度依賴，發(fā)現(xiàn)Ba0.6K0.4Fe2As2紅外光電導譜可以分解為一個寬的和一個窄的Drude響應(圖1和圖2)，說明這個體系中存在兩種不同類型的載流子，并且兩種載流子具有不同的散射率。進一步溫度依賴研究發(fā)現(xiàn)，寬的Drude具有較大散射率，并且不隨溫度變化，窄的Drude具有較小散射率，且隨溫度的降低呈線性減小，從而導致窄的Drude所產生的等效電阻率也隨溫度的降低線性減小(圖3)。通過光電導譜重分析發(fā)現(xiàn)，低頻光電導譜重隨溫度的依賴滿足arctan(T)行為(圖4)，也證明在Ba0.6K0.4Fe2As2中存在隨溫度線性變化的散射率。而這個隨溫度線性變化的散射率以及相應的等效電阻率，在電阻率曲線上被多帶效應所掩蓋，表現(xiàn)出高溫區(qū)電阻率趨向飽和的性質。
此項研究首次利用紅外的手段研究兩類載流子的溫度依賴行為，解決了電阻率對溫度的線性依賴行為究竟是源于量子臨界點附近的自旋漲落，還是材料本身的多帶效應的爭議，解釋了Ba0.6K0.4Fe2As2電阻率曲線高溫區(qū)域趨向飽和的現(xiàn)象，為鐵基超導相圖中存在量子臨界點提供了證據(jù)。該研究結果發(fā)表在近期的《物理評論快報》上（Phys. Rev. Lett. 111, 117001 2013）。
此項工作得到國家自然科學基金和科技部“973”計劃的支持。
圖1 不同溫度下的紅外光電導曲線。
圖2 光電導曲線可以分解為一個寬的Drude， 一個窄的Drude (分別代表兩種具有不同散射率的載流子)， 和Lorentz項 (表示帶間躍遷)。
圖3 兩個Drude的溫度依賴。(b)和(d)兩個面板分別是散射率和等效電阻對溫度的依賴關系，其中的兩條黑色虛線是線性擬合的結果。
圖4 低頻光電導譜權重隨溫度的變化曲線。3個不同截止頻率對應的曲線都滿足arctan(T)的關系。
