美國萊斯大學(xué)戴鵬程教授，李鈺博士，以及北京師范大學(xué)殷志平教授課題組與中科院上海微系統(tǒng)所沈大偉研究員和劉中灝副研究員等課題組開展合作研究，利用中子散射，角分辨光電子能譜實驗測量和動力學(xué)平均場理論計算，對高質(zhì)量的SrCo₂As₂單晶的自旋漲落和電子能帶結(jié)構(gòu)進行研究，首次提供了該材料中存在與電子平帶結(jié)構(gòu)有關(guān)的反鐵磁和鐵磁自旋漲落共存的直接實驗證據(jù)。相關(guān)論文“Coexistence of Ferromagnetic and Stripe Antiferromagnetic Spin Fluctuations in SrCo₂As₂”發(fā)表在Physical Review Letters 122, 117204 (2019)。

在鐵基超導(dǎo)材料122體系A(chǔ)Fe₂-xCoxAs₂ (A=Ca,Sr,Ba)中，Co元素?fù)诫s壓制了材料母體的反鐵磁序，形成自旋單態(tài)電子配對的超導(dǎo)體。從電子結(jié)構(gòu)上看，一般認(rèn)為體系的反鐵磁相和超導(dǎo)電性是由費米面嵌套引起的。Co摻雜在材料中引入了電子。隨著Co摻雜比例增加，體系電子關(guān)聯(lián)強度變?nèi)酰瘜W(xué)勢上升，費米能級附近的d_x2-y2電子軌道形成的平帶電子結(jié)構(gòu)開始對材料電子性質(zhì)起主要作用。

該工作結(jié)合動力學(xué)平均場理論計算和角分辨光電子能譜實驗測量，發(fā)現(xiàn)SrCo₂As₂費米能級附近的d_x2-y2電子軌道在動量空間G-M方向上形成平帶結(jié)構(gòu)，而在其垂直方向上保持色散。中子散射測量得到材料中反鐵磁和鐵磁自旋漲落共存。鐵磁漲落的能量與電子平帶的能量相當(dāng)，而計算表明總動態(tài)自旋極化率主要來自d_x2-y2軌道貢獻。因此電子平帶與材料中的反鐵磁和鐵磁自旋漲落都有密切關(guān)系。在Co重?fù)诫s區(qū)域，d_x2-y2軌道靠近費米能級，鐵磁漲落增強。鐵磁漲落與和超導(dǎo)電子配對有關(guān)的反鐵磁漲落競爭，逐漸破壞了超導(dǎo)。該工作首次實驗揭示了鐵基超導(dǎo)體中電子平帶結(jié)構(gòu)與磁漲落的關(guān)系，對鐵基超導(dǎo)材料中的多軌道物理特性，軌道依賴的電子關(guān)聯(lián)強度和超導(dǎo)電子配對機制的研究都有重要意義。

李鈺為該工作第一作者。殷志平，劉中灝和戴鵬程為該工作共同通訊作者。該工作得到國家自然科學(xué)基金等項目的支持。

圖（a）3d電子軌道圖。（b）理論計算的高對稱方向電子能帶圖。（c）G-M方向電子結(jié)構(gòu)及連接平帶未占據(jù)態(tài)電子散射通道。（d）實驗測量的電子能帶結(jié)構(gòu)。（e）理論計算的總動態(tài)自旋極化率。（f）理論計算的d_x2-y2軌道貢獻的動態(tài)自旋極化率。