近期，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心研究员张昌锦课题组在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。该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。

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　　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。