铁基超导体的光学性质

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铁基超导体是继铜基超导体之后的另一个意义重大的高温超导体，在超导和强关联电子系统研究领域引起了广泛关注。随着对该体系的深入研究，人们已经对其形成了一些基本的认识。本论文主要介绍对铁基超导体研究方面所做的一些工作，分别是对2010年底发现的新型AxFe2-ySe2 (A=K, Cs, Rb, ...)材料光学响应研究，以及对材料中结构最简单的FeTe1-xSex(简称11体系)进行单晶光学响应的研究。主要内容如下： （1）通过对K0.75Fe1.75Se2材料ab面内的红外光学响应研究，指出了该材料中存在纳米尺度的超导－半导体相的相分离。在进入超导态后，该材料的低频反射率发展出来一个陡峭的等离子体边，这个边的特征在其他铁基超导体中没有观测到过，仅在铜基超导体c方向的光学响应上出现过。我们认为在该材料的ab面内存在纳米尺度的超导-半导体相的相分离结构，在低温进入超导态后这种结构形成约瑟夫森耦合，其隧穿的超流电子形成等离子体震荡。该样品的介电常数在超导态有跨过横轴的表现，与等离子体边的位置对应，说明了确实是等离子体振荡模式。磁场下的光学响应测量、非均匀分布的Josephson振荡模式的模型数值模拟、透射电镜测量与暗场像分析等测量对上述图像进行了进一步确认。 （2）对SrTiO3衬底上分子束外延生长的FeSe薄膜进行了面内的红外光谱研究。我们在该薄膜样品电导率的低频区域观测到一个非常窄的Drude响应，利用Drude-Lorentz拟合得出总的等离子体频率相比于其他的FeAs基材料很小，表明该材料的强关联效应比较强。不同于ARPES实验指认的低温自旋密度波(SDW)有序，我们在该材料的红外光谱上没有观测的因为SDW有序引起的能带结构重组而打开的能隙。在FeTe0.3Se0.7单晶样品的光谱研究中，直接观测到了s波配对能隙的线型。在进入超导态后，6K的能隙大小约为3.1meV，约有70%的载流子发生超导凝聚。 （3）利用红外光谱测量了Cs0.8(Fe1.05Se)2单晶绝缘体样品的高温Néel相变。Cs0.8(Fe1.05Se)2样品是一个小能隙半导体，我们观测到该样品在中红外有属于铁空位block-AFM有序的“双峰”结构，以及低频的绝缘体响应；而在高温反铁磁相变前后并没有观测到因为费米面重组打开能隙的红外响应，表明磁相变的起源更亲睐局域图像。