【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】今年以來(lái)，重費(fèi)米子材料UTe2中低溫超導(dǎo)態(tài)的發(fā)現(xiàn)引起了很多人的關(guān)注。核磁共振實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其超導(dǎo)可能為自旋三重態(tài)配對(duì)，比熱測(cè)量揭示其配對(duì)能隙具有點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，但是比熱系數(shù)在零溫極限下外延到正常態(tài)的一半，因而理論建議超導(dǎo)態(tài)為非幺正的等自旋三重態(tài)配對(duì)，只有一個(gè)自旋取向發(fā)生配對(duì)，另一自旋取向仍保持為正常態(tài)，從而可能具有非平庸的拓?fù)浼ぐl(fā)。
 

　　為了理解UTe2的超導(dǎo)性質(zhì)，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心EX9組研究員楊義峰指導(dǎo)博士研究生徐遠(yuǎn)驥與盛玉韜利用第一性原理方法(DFT+U)對(duì)該材料進(jìn)行了仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)其磁和能帶性質(zhì)受到f電子庫(kù)侖作用的很大影響。如圖1和圖2所示，不考慮庫(kù)侖作用時(shí)，能帶計(jì)算給出半導(dǎo)體帶隙，與實(shí)驗(yàn)不符，只有引入較強(qiáng)庫(kù)侖作用后才能得到實(shí)驗(yàn)要求的金屬型能帶(圖1)，該結(jié)論也得到了動(dòng)力學(xué)平均場(chǎng)計(jì)算(DFT+DMFT)的支持。在此情況下，UTe2的磁性質(zhì)呈現(xiàn)出重費(fèi)米子體系中少有的梯子(two leg ladder)結(jié)構(gòu)(圖2)，并具有電子型和空穴型兩個(gè)準(zhǔn)二維費(fèi)米面(圖3)。對(duì)此類費(fèi)米面，對(duì)稱性分析表明，只有強(qiáng)自旋-軌道耦合下的B2u或B3u表示才具有點(diǎn)節(jié)點(diǎn)(圖4)。考慮到空穴型費(fèi)米面具有更大的有效質(zhì)量和更好的嵌套(nesting)，超導(dǎo)態(tài)應(yīng)為B3u配對(duì)，點(diǎn)節(jié)點(diǎn)預(yù)期在空穴型費(fèi)米面上。
 

　　以上分析意味著UTe2在零場(chǎng)下的超導(dǎo)態(tài)并非初認(rèn)為的非幺正等自旋配對(duì)，不具有先前期望的奇異拓?fù)湫再|(zhì)，同時(shí)預(yù)言其外延的零溫比熱系數(shù)應(yīng)趨于零。有趣的是，在上述工作的同時(shí)，新的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)比熱在更低溫度下上翹，零溫外延的剩余比熱可能源自某種量子臨界散射的貢獻(xiàn)；熱導(dǎo)測(cè)量也表明載流子濃度在零溫趨于零，并支持點(diǎn)節(jié)點(diǎn)位于a軸方向(空穴費(fèi)米面)，與計(jì)算符合。理論發(fā)現(xiàn)的特殊磁性質(zhì)意味著該體系在磁場(chǎng)和壓力調(diào)控下會(huì)呈現(xiàn)復(fù)雜行為，值得深入研究。PRL審稿人評(píng)論認(rèn)為，此工作為理解UTe2提供了一個(gè)基本的框架。
 

　　相關(guān)工作發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》[Phys. Rev. Lett. 123, 217002 (2019)]，并得到國(guó)家自然科學(xué)基金委(11774401, 11974397)、科技部(2017YFA0303103、2015CB921303)和中科院青促會(huì)等的支持。