[论文解读] NMR evidence for inhomogeneous nematic fluctuations in BaFe$_2$(As$_{1-x}$P$_x$)$_2$

A. P. Dioguardi, T. Kissikov+8 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2015

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials被引用 4

一句话总结

本研究通过直接的NMR证据揭示了P共掺杂BaFe2(As1-xPx)2中不均匀的向列涨落，表明砷核自旋的四极矩涨落对自旋-晶格弛豫的贡献超越了磁性涨落。在Ts处观察到的拉伸指数弛豫行为和75As的T1−1增强，表明存在玻璃态向列动力学，暗示铁基超导体中存在普遍的向列涨落。

ABSTRACT

We present evidence for nuclear spin-lattice relaxation driven by glassy nematic fluctuations in isovalent P-doped BaFe$_2$As$_2$ single crystals. Both the $^{75}$As and $^{31}$P sites exhibit stretched-exponential relaxation similar to the electron-doped systems. By comparing the hyperfine fields and the relaxation rates at these sites we find that the As relaxation cannot be explained solely in terms of magnetic spin fluctuations. We demonstrate that nematic fluctuations couple to the As nuclear quadrupolar moment and can explain the excess relaxation. These results suggest that glassy nematic dynamics are a universal phenomenon in the iron-based superconductors.

研究动机与目标

• 通过75As和31P位点的NMR研究，探究P共掺杂BaFe2(As1-xPx)2中异常自旋-晶格弛豫的起源。
• 确定除了磁性超精细耦合外，向列涨落是否通过与75As核的四极矩耦合，对弛豫产生贡献。
• 通过与Co和Cu共掺杂体系的对比，评估玻璃态向列动力学的普遍性。
• 考察局域无序和不均匀应变在驱动不均匀弛豫动力学中的作用。

提出的方法

• 在x = 0.26和x = 0.33的BaFe2(As1-xPx)2单晶上进行75As和31P的NMR测量。
• 通过分析自旋-晶格弛豫率(T1−1)和超精细场，区分磁性与四极矩贡献。
• 采用拉伸指数弛豫函数对弛豫率中的不均匀动力学进行建模。
• 通过比较弛豫率比值T1−1(75As)/T1−1(31P)，分离出向列涨落对砷弛豫的贡献。
• 基于自旋涨落理论和磁化率标度的理论建模，解释弛豫行为。
• 通过四极矩耦合与向列序的关系，评估局域电场梯度(EFG)涨落的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 除了磁性超精细耦合外，向列涨落是否对75As核自旋-晶格弛豫有贡献？
• RQ2 尽管75As和31P的磁性超精细场相似，为何75As的弛豫率更高？
• RQ3 在P共掺杂BaFe2(As1-xPx)2中观察到的不均匀弛豫是否与玻璃态向列动力学一致？
• RQ4 与电子或空穴掺杂相比，等价P共掺杂如何影响向列涨落的普遍性？
• RQ5 75As和31P位点中拉伸指数弛豫行为的起源是什么？

主要发现

• 75As自旋-晶格弛豫率在结构相变温度Ts处出现(T1T)−1的极大值，表明其与向列涨落有强耦合。
• T1−1(75As)/T1−1(31P)的比值超过仅由磁性涨落预测的值，证明向列序引起的四极矩涨落有显著贡献。
• 75As和31P位点均表现出拉伸指数弛豫，表明不均匀动力学与玻璃态向列涨落一致。
• 弛豫行为在等价P共掺杂下保持不变，表明电子阻挫而非化学无序是驱动玻璃态动力学的原因。
• 向列涨落在Ts以上仍持续存在，无明显相变，与正交相中的临界涨落一致。
• 结果支持向列涨落在铁基超导体中的普遍作用，对超导配对机制具有重要意义。