重费米子超导体Ce2PdIn8和铁磁涨落超导体Ca3Ir4Sn13的极低温输运性质研究

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自1911年Onnes发现汞的电阻在4.2 K附近突然消失以来,超导作为凝聚态物理中一个重要的领域就一直得到大家的关注。随之而来的是长达半个世纪的理论研究,直到1957年Bardeen,Cooper, Schrieffer才取得突破性的进展。他们认为,超导态的出现是由库珀对的低温凝聚所致,尽管电子间彼此存在库伦排斥,低能下费米面附近的自旋和动量相反的电子间仍然能够通过交换声子产生吸引作用,进而两两结合成对,即库珀对(Cooper pairs)。基于这种配对原则使得库珀对可以用一个各向同性的自旋单态波函数来描述,即s波配对,这类超导体通常称作常规超导体。对于常规超导体而言,电声子相互作用的配对机制使得BCS理论预言了超导转变的最高温度为40 K。这对寄希望于通过提高超导温度来实现大规模应用的人来说无疑是个沉重的打击。  由于BCS成功的解释了金属元素和合金超导体的超导现象,并且成功的预期了部分超导体的超导转变温度,之后一段时间,超导现象一度被认为是物理学中被完美解决多体问题之一,1979年发现的重费米子超导体CeCu2Si2则对常规的超导理论提出了新的挑战,并在随后几十年中发展为一个重要的体系。1986年发现的铜基高温超导将非常规超导研究推向了新的高潮,其母体表现出的反铁磁和绝缘的特性更是超出了以往的理解。磁性和超导的关系逐渐成为研究的热点。2008年发现了LaO1-xFxFeAs在Tc=26 K时发生超导转变,这是继铜基超导之后第二个高温超导家族——铁基超导,和铜基一样,铁基的母体也是反铁磁的层状结构,不同的是其母体是金属态。磁性和超导原本被认为是竞争的关系,但是从近些年来的研究中不难发现,磁性很有可能在反常的超导行为中扮演者重要的角色,这对于高温超导体的探索有着重要的意义。因此本文将研究的重点放在了磁性和超导的关联上,通过极低温的电输运和热输运手段研究了重费米子超导体Ce2PdIn8,以及跟铁磁自旋涨落相关的超导材料Ca3Ir4Sn13,具体研究结果如下:  1.测量了重费米子超导体Ce2PdIn8单晶样品的电阻率和热导率,通过磁场下的电阻率发现,在上临界场Hc2处电阻率和温度呈线性的关系,随着磁场的增加,电阻率逐渐表现为费米液体行为ρ~T2,这表明了在上临界场附近出现了由磁场诱发的量子临界现象。在热导率测量中发现,零场下κ/T存在一个很大的剩余线性贡献项;在低场下,随着磁场的增大,κ(H)/T呈现出显著的增加,这些现象表明Ce2PdIn8的超导能隙存在节点。而热导率在上临界场发生的跳变也意味着在超导态到正常态的转变中发生了一级相变。  2.对超导样品Ca3Ir4Sn13(Tc=7 K)进行了准粒子输运的研究。零场下的热导率显示不存在剩余线性项;在低场下,κ(H)/T随磁场缓慢的增加。这些表明Ca3Ir4Sn13的超导能隙不存在节点,即铁磁涨落同样品的超导电性间并没有必然的联系。而κ0(H)/T随磁场较快的增长有可能是能隙的各向异性引起的。
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