[论文解读] Coexistence of antiferromagnetic and ferromagnetic spin correlations in SrCo2As2 revealed by 59Co and 75As NMR

P. Wiecki, В. В. Оглобличев+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2015

Iron-based superconductors research被引用 4

一句话总结

本研究利用⁵⁹Co和⁷⁵As NMR揭示，顺磁性SrCo₂As₂中存在强铁磁（FM）自旋涨落，与条纹型反铁磁（AFM）自旋涨落共存，该结果经改进的Korringa分析和DFT计算验证。尽管存在反铁磁自旋关联，主导的铁磁涨落仍抑制了超导性，挑战了传统观点，即铁砷化物中的超导性仅由反铁磁涨落驱动。

ABSTRACT

In nonsuperconducting, metallic paramagnetic SrCo2As2, inelastic neutron scattering measurements have revealed strong stripe-type $χ$(q) = ($π$,0) antiferromagnetic (AFM) spin correlations. Here, using nuclear magnetic resonance (NMR) measurements on 59Co and 75As nuclei, we demonstrate that stronger ferromagnetic (FM) spin correlations coexist in SrCo2As2. Our NMR data are consistent with density functional theory (DFT) calculations which show enhancements at both q = ($π$,0) and the in-plane FM q = 0 wavevectors in static magnetic susceptibility $χ$(q). We suggest that the strong FM fluctuations prevent superconductivity in SrCo2As2, despite the presence of stripe-type AFM fluctuations. Furthermore, since DFT calculations have consistently revealed similar enhancements of the $χ$(q) at both q = ($π$,0) and q = 0 in the iron-based superconductors and parent compounds, our observation of FM correlations in SrCo2As2 calls for detailed studies of FM correlations in the iron-based superconductors.

研究动机与目标

• 研究非超导的SrCo₂As₂（122家族的电子掺杂端点）中低能自旋涨落的性质。
• 确定铁磁（FM）自旋涨落是否与先前观测到的条纹型反铁磁（AFM）自旋涨落共存。
• 评估尽管存在强反铁磁自旋关联，铁磁涨落在抑制SrCo₂As₂中超导性方面的作用。
• 利用局域探针NMR技术为铁基超导体中的铁磁自旋涨落提供实验证据。

提出的方法

• 使用相位相干自旋-echo脉冲谱仪对⁵⁹Co和⁷⁵As核进行核磁共振（NMR）测量。
• 通过单个π/2饱和脉冲恢复法测量自旋-晶格弛豫率（1/T₁），以探测局域自旋动力学。
• 应用改进的Korringa关系以提取Korringa参数α，从而区分自旋涨落中的铁磁与反铁磁特征。
• 利用DFT计算将理论预测的静态磁化率χ(q)与实验NMR数据进行比较。
• 测量H∥c和H∥ab方向的场依赖NMR位移，以评估自旋涨落的各向异性。
• 通过分析SrCo₂As₂与BaCo₂As₂中Korringa比值和α值，实现对铁磁涨落强度的比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管SrCo₂As₂缺乏长程磁序，其是否仍存在铁磁自旋涨落与条纹型反铁磁自旋涨落共存？
• RQ2 根据NMR结果，SrCo₂As₂中铁磁与反铁磁自旋涨落的相对强度和能量尺度如何？
• RQ3 鉴于强反铁磁自旋涨落通常与铁砷化物中的超导性相关，为何SrCo₂As₂中未出现超导性？
• RQ4 SrCo₂As₂中NMR获得的Korringa参数α与DFT计算预测的χ(q)在理论上如何比较？
• RQ5 如DFT计算所暗示，铁磁自旋涨落是否为铁基超导体的普遍特征？

主要发现

• ⁵⁹Co和⁷⁵As NMR数据表明，SrCo₂As₂中的自旋涨落主要具有铁磁特征，且在两种磁场方向下Korringa参数α ≪ 1。
• Korringa比值分析显示，铁磁涨落在低能区占主导，与DFT预测的在q=0（铁磁）和q=(π,0)（反铁磁）处χ(q)增强一致。
• 弱反铁磁涨落与主导的铁磁涨落共存，这由χ(q)中q=(π,0)波矢处的残余贡献所证实。
• DFT计算证实，铁磁与反铁磁波矢处χ(q)的增强程度相当，但铁磁涨落具有更低的能量尺度，并在低能区占主导。
• SrCo₂As₂中超导性的抑制归因于铁磁涨落与反铁磁涨落介导的配对机制之间的竞争。
• 结果表明，铁磁自旋涨落可能在决定铁基超导体的Tc中起关键作用，挑战了仅由反铁磁涨落驱动超导性的假设。