[发明专利]一种研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置及其工作方法

说明书

本发明涉及一种研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置及其工作方法。所述装置包括沿光路依次设置的C波段激光器、光隔离器、可调衰减器、消色散光纤、光纤分束器、第一声光频移器、第一光纤调整架、透射式分光光栅、消色差聚焦透镜、设置在电动旋转台上的相位延迟器、凹面聚焦镜、可变低温环境、可调光阑、聚焦透镜、沃拉斯顿棱镜和平衡光探测器。本发明所述研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置，基于瞬态光栅技术，采用光纤进行耦合，有效降低了实验低成本，便于将设备小型化，同时降低背景杂散光。

技术领域

本发明涉及一种研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置及其工作方法，属于超导薄膜材料光学研究的技术领域。

背景技术

铁基超导材料是继铜氧化物高温超导体发现以来，超导领域最重要的发现，铁基超导材料属于强关联体系，其超导机理尚不明确，物理性质尚未完全得到深入研究。其中超导能力、电子输运性质、热力学性质等已经有相关理论阐释，然而由于其自旋涨落各向异性，不同于铜氧化物高温超导体，目前实验相关的研究还不完善。

瞬态光栅法属于超快光谱学的一种实验手段，在生物、化学的分子解离动力学研究中得到了广泛的应用。瞬态光栅光谱技术基于四波混频过程，能够有效将激发光与信号光分离，使信号光无背底，从而提高信噪比。但该技术在铁基高温超导体的测量上还未得到应用。

瞬态光栅法多采用同步光学采集方式，即从同一激光器分出的两束激光，通过移动电动机械式位移平台，调整两束激光脉冲的相对延迟时间。机械式位移平台不可避免的会引起光路的抖动，导致该分支光路发生微小偏移，并增大光路的调节难度。此外机械位移平台的移动时间、稳定时间往往会使单次实验测量时间在几十分钟以上。

反铁磁自旋涨落被认为是在强电子关联材料中产生超导的重要因素^[1]。铁基高温超导材料在超导态下会体现自旋单态配对，在正常态下则存在反铁磁自旋涨落。研究铁基超导体的自旋特性对于理解超导机理有重要意义。目前在自旋的理论研究较多^[2]，实验上多采用核磁共振(NMR)技术^[3]，该方法需要外加强磁场，设备价格较高。

参考文献：

[1]赵忠贤.铁基超导体物性基础研究[M].上海科学技术出版社,2013.

[2]Urata T,Tanabe Y,Huynh K K,et al.Argument on superconductivitypairing mechanism from cobalt impurity doping in FeSe:spin($s_{\pm$)ororbital($s_{++$)fluctuation[J].Physics,2016,101(101):57002.

[3]王春光.铁基超导体NaFe_(1-x)Co_xAs的核磁共振研究[D].中国科学院大学(中国科学院物理研究所),2017.

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种研究铁基超导薄膜材料自旋特性的装置。

本发明还提供一种上述装置的工作方法。

术语说明：

BOXCARS构型：指在聚焦前光束互相平行且光路截面以矩形的形式分布(如附图2所示)，经过样品反射后的光路截面依然为矩形。在瞬态光栅技术中，假设其中三束入射光波矢为k1,k2,k3，另一束为参考光k4,光束聚焦在样品上，两束泵浦光作用产生瞬态光栅，探测光经过延迟后作用在瞬态光栅处，根据四波混频理论，k’＝k1+k3-k2，会衍射产生一束衍射光k’，衍射光k’与参考光k4的反射光方向是一致的，会产生相干叠加形成信号光。BOXCARS构型可实现较高的空间分辨率。

本发明的技术方案为：