近期，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心研究員張昌錦課題組在5d強自旋-軌道耦合材料Sr2IrO4的研究中取得進展。相關工作以Enhanced electrical conductivity and diluted Ir4+ spin orders in electron doped iridates Sr2–xGaxIrO4 為題發表在《應用物理快報》上。

　　銥氧化物具有強度相當的電子關聯與自旋-軌道耦合作用，二者的相互作用與競爭帶來許多新奇的物理現象，如Mott絕緣體、拓撲晶體絕緣體、Weyl半金屬、量子自旋液體等。其中的熱點研究體系Sr2IrO4，具有不同于傳統能帶理論的Jeff=1/2電子結構，并且表現出傾斜反鐵磁的自旋基態。此外，由于其晶格結構和電子結構均與銅基超導體以及Sr2RuO4相似，Sr2IrO4近年來被眾多理論工作者預言為新型高溫超導體。此前，有科研人員在電子注入樣品中探測到了一些超導的跡象。然而，體超導的實現依然任重道遠。

　　張昌錦課題組對該體系進行了退火、化學摻雜等一系列研究。不同位置、不同元素的摻雜，不僅能夠改變體系的晶體結構，而且能夠改變載流子濃度，對體系的電、磁性質影響顯著。其中，對Sr位摻Ga的工作發現，隨著摻雜的增加，電阻率降低，導電性增強；當摻雜濃度達到5%時，電阻-溫度關系上出現一個絕緣體到金屬的轉變。磁性測量上，隨著摻雜的增加，鐵磁性被抑制；當摻雜達到2.5%時，在低溫下出現另外一個磁轉變，該轉變隨著摻雜的進一步增加而迅速消失。同高溫磁轉變相似，新的低溫相也是一個傾斜反鐵磁相，并且與稀釋的Ir4+離子間的交換作用有關。該研究通過化學摻雜對Sr2IrO4電、磁基態進行調控，對于在該體系中尋找高溫超導具有重要意義。

　　該工作得到國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金以及合肥研究院院長基金的支持。

　　圖（a）Sr2–xGaxIrO4樣品的電阻-溫度關系，（b）磁化率-溫