近期，强磁场中心张昌锦研究员课题组在5d强自旋-轨道耦合材料Sr₂IrO₄的研究中取得进展。相关工作以Enhanced electrical conductivity and diluted Ir⁴⁺ spin orders in electron doped iridates Sr₂–xGaxIrO₄为题发表在《应用物理快报》上。

　　铱氧化物具有强度相当的电子关联与自旋-轨道耦合作用，二者的相互作用与竞争带来许多新奇的物理现象，如Mott绝缘体、拓扑晶体绝缘体、Weyl半金属、量子自旋液体等。其中的热点研究体系Sr₂IrO₄，具有不同于传统能带理论的Jeff=1/2电子结构，并且表现出倾斜反铁磁的自旋基态。此外，由于其晶格结构和电子结构均与铜基超导体以及Sr₂RuO₄相似，Sr₂IrO₄近年来被众多理论工作者预言为新型高温超导体。此前，有科研人员在电子注入样品中探测到了一些超导的迹象。然而，体超导的实现依然任重道远。

　　张昌锦研究员课题组对该体系进行了退火、化学掺杂等一系列研究。不同位置、不同元素的掺杂，不仅能够改变体系的晶体结构，而且能够改变载流子浓度，对体系的电、磁性质影响显著。其中，对Sr位掺Ga的工作发现，随着掺杂的增加，电阻率降低，导电性增强；当掺杂浓度达到5%时，电阻-温度关系上出现一个绝缘体到金属的转变。磁性测量上，随着掺杂的增加，铁磁性被抑制；当掺杂达到2.5%时，在低温下出现另外一个磁转变，该转变随着掺杂的进一步增加而迅速消失。同高温磁转变相似，新的低温相也是一个倾斜反铁磁相，并且与稀释的Ir4+离子间的交换作用有关。本研究通过化学掺杂对Sr₂IrO₄电、磁基态进行调控，对于在该体系中寻找高温超导具有重要意义。

　　该工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金以及合肥研究院院长基金的支持。

　　文章链接：Appl. Phys. Lett. 109, 192409 (2016)，http://dx.doi.org/10.1063/1.4967699。

　　图（a）Sr2–xGaxIrO4样品的电阻-温度关系，（b）磁化率-温度关系，（c）-（e）磁滞回线测量，（f）简单相图。