PRL | 铁砷化合物中的准一维磁激发

 近日，浙江大学关联物质研究中心的宋宇研究员等通过与美国莱斯大学、英国ISIS中子与缪子源、美国橡树岭国家实验室、中国人民大学合作，在铁砷化合物NaFe_0.53Cu_0.47As中观察到了与铁基超导体中磁激发相似的准一维磁激发，为从一维极限研究多轨道关联体系提供了新的机遇。相关研究成果以“Quasi-One-Dimensional Spin Excitations in the Iron Pnictide NaFe_0.53Cu_0.47As”为题，于2026年2月12日发表在《Physical Review Letters》。

铁砷化合物中的准一维磁激发

  铜氧化物、铁砷/铁硒化物、重费米子金属等准二维关联电子体系中的非常规超导、奇异金属、量子临界等现象是凝聚态物理的重要研究方向。准一维体系实验上具有二维体系的部分关键物理现象(如铜基和铁基梯子体系表现出非常规超导)，而在多体强关联模型研究中的复杂度却远低于二维体系，因此是研究电子关联及相关物理的重要平台。理论研究表明，准一维铁砷/铁硒化合物的多轨道特性可能导致丰富的相图和谱学特征，而相关的实验研究较少。

  近日，浙江大学关联物质研究中心宋宇课题组与中国人民大学俞榕课题组、美国莱斯大学戴鹏程课题组合作，在铁砷化合物NaFe_0.53Cu_0.47As的研究中取得了新的进展。

图1.理想NaFe_0.5Cu_0.5As相的晶体结构和磁结构示意图。

  在NaFe_1‑xCu_xAs相图中，低Cu掺杂下（x≈0.02）体系表现出超导穹顶，而当Cu的掺杂接近0.5时，Fe与Cu形成原子序，形成交替排列的磁性Fe链与无磁性Cu链。利用中子散射对磁序和磁涨落高度灵敏的特性，研究团队使用英国ISIS中子源的MAPS谱仪和美国橡树岭国家实验室的HB-1谱仪对NaFe_0.53Cu_0.47As(NFCA47)单晶中的磁性开展了细致测量。

图2.中子散射测量揭示了NaFe_0.53Cu_0.47As中的准一维磁激发。

  虽然 NFCA47的磁激发源自准一维Fe链， 但其特征与准二维铁基超导体 FeSe的磁激发却有着诸多相似之处：（1）两者都同时出现于条纹（Stripe）和奈尔（Néel）波矢；（2）两者都表现出显著的面内各向异性；（3）两者的有效自旋均接近 S≈1。这些相似性表明，二维FeSe中的动态磁关联可能具有准一维特性，且其可能和NFCA47有着相似的实空间图像(图3)。此外，该研究表明准二维关联体系中无磁性原子对磁性原子的替换可能导致原子序，进而降低电子态或磁性的维度，为寻找新型准一维关联材料提供了思路。

图3. NaFe_0.5Cu_0.5As与FeSe中相似磁激发可能具有相似的实空间图像。