电压诱导SmFeAsO向列相电阻滞回效应揭示电子起源机制

这篇研究通过点接触光谱(PCS)技术，首次在"1111"型铁基超导体母体SmFeAsO中观测到电压驱动的向列相(nematic order)电导滞回现象。研究发现偏置电压通过弹道焦耳加热效应驱动材料经历反铁磁(AFM)和结构相变，并在向列相温区(135-155K)产生显著且不受5T磁场影响的电导滞回，表明向列序可能具有电子起源特性，为理解铁基超导体(FeSCs)中向列序与超导的耦合机制提供了新视角。

　　

电压诱导的SmFeAsO向列相电阻滞回效应研究

ABSTRACT

点接触光谱技术被用于研究"1111"型铁基超导体的母体化合物SmFeAsO。偏置电压通过弹道焦耳加热效应驱动点接触区域经历反铁磁和结构相变。令人惊讶的是，偏置电压仅在向列相温区诱导出滞回电导现象，而在温度依赖的电阻中未观察到类似行为。滞回幅度随最大偏置电压增大而增强，且仅存在于向列相区域。这种不受5T磁场影响的电压驱动电导滞回现象，表明SmFeAsO样品中的向列相可能具有电子起源特性，并可通过电压调控。

超导物理背景

超导现象在低温固体材料中表现出非凡特性。传统超导体(SCs)的机制和性质可以通过著名的BCS理论完美解释，其库珀对由声子媒介，能隙(Δ)为各向同性且无节点。然而在非常规超导体中，如d波高温铜氧化物超导体，仅靠声子媒介无法解释其机制。2008年发现的铁基超导体(FeSCs)被大量证据表明属于非常规超导体。相图显示这些材料存在伴随反铁磁(AFM)相变的四方-正交(TO)结构相变和向列相——一种电子态自发旋转对称性破缺的相。超导性、磁序、结构相变和向列相的竞争产生了丰富的能隙结构，包括S_±波能隙。理解向列相起源对揭示铁基超导机制至关重要。

实验方法与发现

研究采用点接触光谱(PCS)技术，通过在金电极与SmFeAsO样品间形成弹道接触界面进行测量。当偏置电压达到数百mV时，接触区域产生显著焦耳热效应。数据显示V_p²与温度呈线性关系，符合弹道焦耳加热规律。最显著的特征是在约400mV处出现的峰-谷结构，对应材料通过AFM和TO相变的过程。与常规焦耳加热效应不同，在SmFeAsO中观察到了独特的电阻滞回现象。

关键实验结果

通过系统改变接触电阻(R_C)从536.4Ω到7.1Ω，确认了400mV附近的特征峰为SmFeAsO的本征特性。电阻(V/I)和微分电阻(dV/dI)曲线与块材电阻率(ρ)及其温度导数(dρ/dT)曲线高度相似，证实主要特征源于焦耳加热效应。然而，电压扫描时观察到的滞回现象在温度扫描中完全不存在，这是SmFeAsO特有的现象。

向列相滞回特性

滞回现象仅出现在特定电压范围(V>355mV，对应T>T_N=135K)，即向列相区域。通过不同最大扫描电压的循环测试发现，滞回环始终出现在355-700mV之间，且电阻跳变始终发生在355mV处。温度依赖性测量显示滞回现象随温度升高而减弱，但在T_s=155K以上仍可观察到，最高持续至214K。5T磁场对滞回环无任何影响，排除了磁开关效应的可能性。

机制分析与意义

研究表明，当偏置电压作用于向列相时，注入电子通过多种电子激发与向列相相互作用，导致电导率增加（电阻降低）。这种效应仅存在于向列相中，产生电压驱动的滞回行为。这是首次在向列相中观测到电压驱动的电阻滞回，可能是其电子起源的最直接证据。该发现对理解铁基超导体中向列序与超导的耦合机制具有重要意义，为相关理论研究提供了新的实验依据。