自旋涡旋反铁磁超导体CaK（Fe $_{0.95}$ Ni $_{0.05}$）$_4$ As $_4$的各向异性超导电性和费米面重构
Anisotropic superconductivity and Fermi surface reconstruction in the spin-vortex antiferromagnetic superconductor CaK(Fe$_{0.95}$Ni$_{0.05}$)$_4$As$_4$
José Benito Llorens, Edwin Herrera, Víctor Barrena, Beilun Wu, Niclas Heinsdorf, Vladislav Borisov, Roser Valentí, William R. Meier, Sergey Bud'ko, Paul C. Canf… 展开作者
José Benito Llorens, Edwin Herrera, Víctor Barrena, Beilun Wu, Niclas Heinsdorf, Vladislav Borisov, Roser Valentí, William R. Meier, Sergey Bud'ko, Paul C. Canfield, Isabel Guillamón, Hermann Suderow
备注：
5 pages, 4 figures, Supplemental Material on request
高临界温度超导性通常发生在通过轻微改变压力或掺杂使反铁磁有序接近$T=0K$的系统中。CaKFe $_4$作为$_4$是超导的、化学计量的铁磷属元素化物化合物，其显示出最佳超导临界温度，其中$T_c$与$38$ K一样大。掺杂Ni引起$T_c$的减少和自旋涡旋反铁磁序的开始，该自旋涡旋反铁磁序由指向内或从平面内正方形Fe晶格的对角线上的交替As位点向外的自旋组成。本文用扫描隧道显微镜（STM）研究了CaK（Fe $_{0.95}$ Ni $_{0.05}$）$_4$ As $_4$（T $_c$ = 10 K，T $_N$ = 50 K）的能带结构，结果表明自旋涡旋序引起费米面重构和四重超导带隙各向异性.
英文摘要：
High critical temperature superconductivity often occurs in systems where an antiferromagnetic order is brought near $T=0K$ by slightly modifying pressure or doping. CaKFe$_4$As$_4$ is a superconducting, stoichiometric iron pnictide compound showing optimal superconducting critical temperature with $T_c$ as large as $38$ K. Doping with Ni induces a decrease in $T_c$ and the onset of spin-vortex antiferromagnetic order, which consists of spins pointing inwards to or outwards from alternating As sites on the diagonals of the in-plane square Fe lattice. Here we study the band structure of CaK(Fe$_{0.95}$Ni$_{0.05}$)$_4$As$_4$ (T$_c$ = 10 K, T$_N$ = 50 K) using quasiparticle interference with a Scanning Tunneling Microscope (STM) and show that the spin-vortex order induces a Fermi surface reconstruction and a fourfold superconducting gap anisotropy.
Comparative study of vortex dynamics in CaKFe4As4 and Ba0.6K0.4Fe2As2 single crystals
本文研究了两种典型的空穴掺杂铁基超导体CaKFe $_4$ As $_4$（CaK 1144）和Ba $_{0.6}$ K $_{0.4}$ Fe $_2$ As $_2$（BaK 122）中的涡旋动力学。发现BaK 122的磁滞回线在较宽的温度范围内具有明显的第二峰效应，而CaK 1144的磁滞回线则不存在第二峰效应。然而，在CaK 1144中观察到临界电流密度与温度的第二峰值效应，然而在BaK 122中不存在该效应。BaK 122和CaK 1144中第二峰效应的不同表现可能暗示了不同体系中涡旋钉扎的不同起源。磁化强度和它的松弛也被测量通过使用动态和传统的松弛方法为两个系统。通过对两种不同体系的分析和比较，发现BaK 122体系的涡旋钉扎更强，临界电流密度更高。发现Maley方法可以用于BaK_（122）体系，从而可以在较宽的温度范围内利用随时间变化的磁化强度来确定活化能，但这不适用于CaK_（1144）体系。最后，我们提出了不同的制度与不同的涡动力学的场-温度图为两个系统。
Influence of the multiband sign changing superconductivity on the vortex cores and on vortex pinning in the new stoichiometric high Tc CaKFe4As4
用扫描隧道显微镜（STM）研究了CaKFe $_4$ As $_4$单晶的超导态密度和涡旋晶格。该材料具有$T_c= 35\,$ K的临界温度，这是化学计量的铁基超导体（FeBSC）中最高的温度之一，并且与在其他FeBSC中发现的接近最佳掺杂的$T_c$相当。利用准粒子干涉，我们确定了在带中心周围的空穴片，并发现在这些片中有两个超导能隙。散射中心是一种小的缺陷，可以局限在表面形貌中，只产生准粒子干涉，而不会抑制超导序参量。这表明，符号反转不是在空穴带内，而是在空穴和电子带之间。涡核束缚态显示出电子-空穴非对称束缚态，这是由于空穴能带之一的顶部接近费米能级$E_F$。这使得CaKFe $_4$ As $_4$处于与FeSe或相关材料类似的情况，其超导能隙$Δ$仅比$E_F$小几倍。另一方面，我们还确定了超导序参量的强抑制的位置。它们的尺寸是涡核尺寸的数量级，并且涡被钉扎在这些位置，导致无序的涡晶格。
Evolution of nematic fluctuations in CaK(Fe$_{1-x}$Ni$_{x}$)$_{4}$As$_{4}$ with spin-vortex crystal magnetic order
CaK（Fe $_{1-x}$ Ni $_{x}$）$_{4}$ As $_{4}$超导体类似于原型122型铁基材料，但具有明显较低对称性的晶体结构。这个家族拥有所谓的自旋涡旋晶体磁序的少数例子之一，这是一种保持四轴对称的非共线磁配置，与122型系统常见的正交共线条纹型磁配置形成对比。因此，在它的相图中完全不存在π阶。为了研究在这种情况下的电子涨落的演变，我们提出了弹性电阻和弹性模量测量CaK（Fe $_{1-x}$ Ni $_{x}$）$_{4}$作为$_{4}$（$x = 0-0.05$）结合唯象模型和密度泛函理论。我们发现明确的实验签名相当大的波动，包括软化的杨氏模量$Y_{[110]}$和居里-外斯型发散的B2 g弹性电阻系数在CaK（Fe $_{0.951}$ Ni $_{0.049}$）$_4$作为$_4$。总的来说，这个系列中的电子涨落与空穴掺杂的Ba $_{1-x}$ K $_x$ Fe $_2$ As $_2$系列具有很强的相似性，包括替代引起的符号变化。我们的理论分析解决了1144型结构的特定晶体对称性在确定其磁基态和磁涨落上的影响。
Hedgehog Spin-vortex Crystal Antiferromagnetic Quantum Criticality in CaK(Fe1-xNix)4As4 Revealed by NMR
在大多数铁基超导体（SC）中观察到两种有序态，即反铁磁性和向列性。与这些SC相反，新发现的SC CaK（Fe $_{1-x}$ Ni $_x$）$_4$ As $_4$显示出反铁磁（AFM）状态，称为刺猬自旋涡旋晶体结构，没有无序，为研究自旋涨落与SC之间的关系提供了机会，而没有任何自旋涨落的影响。我们对CaK（Fe $^{75}$ Ni $_x$）$_4$ As $_4$（0 $\le x\le$ 0.049）的核磁共振研究表明，CaK Fe $_4$ As $_4$位于接近隐藏的刺猬SVC AFM量子临界点（QCP）。在CaK（Fe $_{1-x}$ Ni $_x$）$_4$ As $_4$中没有向列性的磁性QCP突出了铁基SC中自旋涨落与超导电性的紧密联系。化学计量组成的优点也使得CaKFe $_4$ As $_4$成为进一步详细研究无无序效应的铁基SC中磁性QCP与超导性之间关系的理想平台。
Ultra-high critical current densities, the vortex phase diagram and the effect of granularity of the stoichiometric high-Tc superconductor, CaKFe$_4$As$_4$
本文研究了临界温度为35 K的化学计量比超导体CaKFe $_4$ As $_4$的临界电流密度和超导涡旋相图。我们进行了详细的磁化测量高品质的单晶体在施加的磁场高达16 T的不同取向和粉末样品。我们发现，当H <0.5时，单晶的临界电流密度Jc可达10 $^8$ A/cm ~ 2||（ab）在5 K时，在高达16 T的磁场中仍然保持稳定，是任何其他铁基超导体中最大的。在单晶中，当H|| c在5 K和显着抑制的粉末样品中存在的晶界。我们还观察到当H|| C.磁通钉扎力密度和钉扎参数表明，大的临界电流可能与点芯和表面钉扎的存在有关。基于涡旋相图和大的临界电流密度，CaKFe $_4$ As $_4$被认为是一种潜在的铁基超导体。
Preferred Spin Excitations in the Bilayer Iron-Based Superconductor CaK(Fe$_{0.96}$Ni$_{0.04}$)$_4$As$_4$ with Spin-Vortex Crystal Order
自旋轨道耦合（SOC）是理解铁基超导体磁驱动超导性的关键，铁基超导体中既有局域电子又有巡游电子，轨道角动量不完全猝灭。在这里，我们报告的中子散射研究双层化合物CaK（Fe $_{0.96}$ Ni $_{0.04}$）$_4$ As $_4$的超导性共存的非共线自旋涡旋晶体磁序，保持四重对称的Fe-Fe平面。在超导态下，由于双层耦合，发现了两个具有$L$奇、偶对称性的自旋共振模，其结构类似于未掺杂的化合物CaKFe $_4$ As $_4$，但能量较低.极化分析表明，奇模是$c-$轴极化的，低能自旋各向异性在高温下可以保持到顺磁相，这与其他具有面内共线和$c-$轴双轴磁序的系统非常相似。这些结果提供了铁磷族化合物超导体中SOC效应的缺失部分，并且还建立了一个共同的图片，即$c-$轴优选的磁激发低于$T_c$，而不管磁图案或晶格对称性的细节。
Direct observation of vortex liquid droplets in the iron pnictide superconductor CaKAs$_4$Fe$_4$ at $0.5T$_c$
Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Michigan State University（密歇根州立大学）；Ames National Laboratory, Iowa State University（爱荷华州立大学艾姆斯国家实验室）；Iowa State University（爱荷华州立大学）；Universidad de Buenos Aires（布宜诺斯艾利斯大学）
Pressure-temperature phase diagrams of CaK(Fe$_{1-x}$Ni$_{x}$)$_4$As$_4$ superconductors
本文报道了CaK（Fe $_{1-x}$ Ni $_{x}$）$_4$的磁性和超导转变以及超导上临界场的压力依赖性。测量了两种取代度（$x=0.033, 0.050$）的单晶在静压力高达5.12 GPa和磁场高达9 T下的电阻。我们的研究结果表明，对于这两种组合物，磁转变温度，$T_\textrm{N}$，施加压力时被抑制，超导转变温度$T_\textrm{c}$的压力，以及抑制，除了在压力区域的$T_\textrm{N}$和$T_\textrm{c}$交叉的$x=0.050$。此外，与$T_\textrm{N}$和$T_\textrm{c}$线交叉相关的压力也与超导上临界场的归一化斜率中的最小值相一致，这与可能的费米面重构与磁有序的损失相一致。最后，在$p \sim$ 4 GPa下，两种Ni取代的CaK（Fe $_{1-x}$ Ni $_{x}$）$_4$ As $_4$样品可能经历半塌缩四氢（hcT）相变，类似于母体化合物CaKFe $_4$ As $_4$。
Pressure-induced coevolution of transport properties and lattice stability in CaK(Fe1-xNix)4As4 (x= 0.04 and 0) superconductors with and without spin-vortex crystal state
本文通过高压输运和同步辐射 X 射线衍射测量，研究了 CaK(Fe1-xNix)4As4 超导体中压力诱导的输运性质与晶格稳定性协同演化，确定了三个临界压力并揭示了 Fe-As 键对稳定超导的重要作用。
Antiferromagnetism in the Vortex Cores of YBa$_2$Cu$_3$O$_{7-δ}$
我们报告的空间分辨的高温超导体的核磁共振测量，表明存在相关的反铁磁波动的涡核。测量了近最佳掺杂的YBPDMATHABMO Cu $_3$ O $_{7-δ}$（YBCO）中平面$^{17}O$的核自旋-晶格弛豫速率$1/^{17}T_1$。在核心之外，$(^{17}T_1T)^{-1}$与温度无关，与{\it d}波超导体的理论预测一致。在涡核中，$(^{17}T_1T)^{-1}$遵循反铁磁居里-外斯定律随温度降低而增加。
Competing Vortex Topologies in Iron-based Superconductors
在这项工作中，我们建立了一个新的理论范式的涡旋马约拉纳物理在最近发现的拓扑铁基超导体（tFeSC）。虽然tFeSC被广泛接受为具有本征$s$波超导性的拓扑绝缘体（TI）的范例，但我们的理论意味着这种共同的信念可能过于简单化。我们的主要发现是，正常状态的体狄拉克节点，通常被忽略的TI为基础的涡旋马约拉纳理论tFeSC，将发挥关键作用，确定涡旋状态的拓扑结构。特别是，TI和狄拉克结带之间的相互作用将导致多个竞争的拓扑相位的超导涡旋线在tFeSC，包括一个前所未有的混合拓扑涡旋状态，携带马约拉纳束缚态和无隙色散。值得注意的是，这种奇异的混合涡旋相通常存在于我们的tFeSC的极小模型的涡旋相图中，并且与tFeSC候选者如LiFeAs直接相关。当四重旋转对称性被涡旋线倾斜或弯曲破坏时，混合涡旋变得拓扑平凡化，并且变得无马约拉纳，这可以解释在LiFeAs中观察到的无处不在的平凡涡旋的困惑。马约拉纳信号的起源在其他tFeSC候选人，如FeTe $_x$ Se $_{1-x}$和CaKFe $_4$ As $_4$也解释在我们的理论框架内。我们的理论揭示了新的光在高温铁基系统的理论理解和实验工程马约拉纳物理。
Spatially resolved penetration depth measurements and vortex manipulation in the ferromagnetic superconductor ErNi2B2C
我们提出了一个本地探针研究的磁性超导体，ErNi $_2$ B $_2$ C，使用磁力显微镜在亚开尔文温度。ErNi $_2$ B $_2$ C是研究超导和铁磁共存效应的理想体系。在500 mK，远低于过渡到弱铁磁状态，我们直接观察到一个结构化的磁性背景在微米尺度上。我们确定空间分辨的磁穿透深度$λ$的绝对值，并研究其温度依赖性的系统经历磁相变从顺磁性到反铁磁性，和弱铁磁性，所有在超导制度。此外，我们估计的绝对钉扎力的Abrikosov涡，这表明了位置和温度的依赖性，以及，并讨论了所谓的自发涡旋形成的可能性。
Two-step flux penetration in classic antiferromagnetic superconductor
反铁磁序对超导体混合态的影响可能导致沿涡旋产生自旋翻转畴。当外部磁场强到足以将涡核中的磁矩从它们的基态配置翻转时，可能会发生这种情况。磁畴结构的形成引起表面能势垒的改变，并产生新的状态，其中磁通量密度与所施加的场无关。本文计算了反铁磁超导体DyMo $_{6}$ S $_{8}$的表面能垒。两步磁通穿透过程的预测已被验证的精确磁化测量在毫开尔文温度下进行的单晶的DyMo $_{6}$ S $_{8}$。在原始曲线$B(H_0)$上发现了一个特征平台，这归因于改性的表面能势垒。平台的末端决定了临界场，我们称之为磁通穿透的第二临界场。
