PDF《提名国家自然科学奖项目公示 （2019 年度）》

提名国家自然科学奖项目公示 (2019 年度) 项目名称 铁基超导电子结构与磁相互作用的理论研究 提名专家

1 姓名: 谢心澄 提名专家

1 职称: 教授 提名专家

1 工作单位:北京大学 提名专家

1 学科专业:凝聚态物理 提名专家意见: 该项目组长期从事凝聚态理论和计算物理研究,在铁基超导的研究中通过系统的理论计 算揭示了铁基超导中磁性相互作用的微观起源,做出了有国际影响的工作,主要贡献有:

一、最早发现并预言铁基超导的母体是反铁磁半金属,随后被中子散射实验所证实;

进 一步发现并提出由砷或硒传递的反铁磁超交换作用是铁基超导体中存在的主要磁性相互作 用,并且这种相互作用是 导致铁基超导电子配对的主要原因,得到大量实验的验证和支持, 成为铁基超导微观机理理论研究的一个基本出发点.

二、成功预言了铁基超导母体之一碲化铁(FeTe)中存在一种双共线反铁磁长程序,被 中子散射实验所证实;

进一步成功预言由碱金属元素插层所形成的三元铁硒超导体的母体是 反铁磁半导体,并给出了在不同组分下的磁有序结构和电子结构,被后来的中子散射实验和 角分辨光电子能谱实验所证实. 该项目的实施澄清了铁基超导母体的电子结构和磁性相互作用机理,揭示了铁基超导中 磁性相互作用的微观起源,为铁基超导微观机理的研究提供了理论基础,推动了铁基超导研 究的发展,在国际上产生广泛影响.该项目的

8 篇代表作被他引

1046 次.我强烈推荐他们申 报国家自然科学奖. 提名该项目为国家自然科学奖二等奖. 提名专家

2 姓名: 孙昌璞 提名专家

2 职称: 教授 提名专家

2 工作单位:北京计算科学研究中心 提名专家

2 学科专业:理论物理 提名专家意见: 在铁基超导的研究中,该项目组从理论上最早发现并预言铁基超导的母体是反铁磁半金 属,成功预言在碲化铁中存在一种双共线反铁磁长程序,以及成功预言由碱金属元素插层所 形成的三元铁硒超 导体的母体是反铁磁半导体,同时给出了在不同组分下的磁有序结构和电 子结构.项目组的这些预言被后来的实验所证实.该项目组最先发现并提出由砷或硒传递的 反铁磁超交换作用是铁基超导体中存在的主要磁性相互作用,并且这种相互作用是导致铁基 超导电子配对的主要原因,得到大量实验的验证和支持. 上述原创性工作揭示了铁基超导中磁相互作用的微观起源,推动了铁基超导机理的研究, 具有很大的国际影响力,得到国际同行的高度评价和广泛引用,其中

8 篇代表作被他引

1046 次, 单篇最高他引229次, 并获APS邀请报告.因这些成果, 第一完成人获得了香港大学 Daniel Tusi Fellowship (2010) , 教育部长江学者特聘教授 (2012) , 中国物理学会叶企孙物理奖 (2015) ;

该项目获得

2015 年度教育部自然科学一等奖.我郑重推荐他们申报国家自然科学奖. 提名该项目为国家自然科学奖二等奖. 提名专家

3 姓名: 陈仙辉 提名专家

3 职称: 教授 提名专家

3 工作单位:中国科学技术大学 提名专家

3 学科专业:凝聚态物理 提名专家意见: 中国物理学工作者在铁基高温超导研究方面做出重要贡献,该项目组的工作是理论研究 方面的代表.类似于铜氧化合物高温超导,铁基高温超导也是通过对其母体掺杂实现的.因此,解决有关铁基 超导母体本质性质的问题非常重要,是研究铁基超导机理的先决条件.该 项目组在铁基超导的研究中 通过系统的理论计算揭示了铁基超导中磁相互作用的微观起源, 推动了铁基超导机理的研究. 其主要学术贡献有:一方面最先发现并预言铁基超导的母体是反铁磁半金属,随后被中 子散射实验所证实,进一步发现并提出由砷或硒传递的反铁磁超交换作用是铁基超导体中存 在的主要磁性相互作用,并且这种相互作用是导致铁基超导电子配对的主要原因,得到大量 实验的验证和支持,这为铁基超导微观机理的研究提供了理论基础;

另一方面成功预言在母 体之一的碲化铁中存在一种双共线反铁磁长程序,以及成功预言由碱金属元素插层所形成的 三元铁硒超导体的母体是反铁磁半导体,并给出在不同组分下的磁有序结构和电子结构,被 后来的中子散射实验和角分辨光电子能谱实验所证实. 这些原创性研究成果具有高度的前瞻性,被国际学术界高度认可,其中

8 篇代表作被他 引1046 次.完成人受邀在赵忠贤院士和于渌院士主编的《铁基超导体物性基础研究》一书中 撰写 概论 和 电子结构 两章.我强烈推荐他们申报国家自然科学奖. 提名该项目为国家自然科学奖二等奖. 项目简介: 类似于铜氧化合物高温超导,铁基高温超导也是通过对其母体掺杂实现的.因此澄清铁 基超导母体的本质性质非常重要,是理解铁基超导机理的基础.该项目组是国际上最早开展 铁基超导材料电子结构及超导机理理论研究的团队之一,他们通过系统的理论计算,揭示了 铁基超导中磁性相互作用的微观起源,发现并预言了铁基超导材料中两种新的磁有序结构, 得到实验的验证,做出了有国际影响的工作.两个主要发现点简述如下: 1. 最早发现和预言铁基超导体中存在磁交换相互作用,为铁基超导微观机理的研究奠定 了理论基础.(代表性论文1,2,4,8) 该项目组通过系统的理论计算和分析,最早发现并预言铁基超导的母体是反铁磁半金属. 此预言随后被美国橡树林国家实验室中子散射实验所证实,说明与铜氧化物高温超导相似, 关联效应在铁基超导电子配对中起了关键作用.之后,他们进一步发现并提出由砷或硒传递 的反铁磁超交换作用是铁基超导体中存在的主要磁性相互作用,并且这种相互作用是导致铁 基超导电子配对的主要原因,得到大量实验的验证和支持,成为铁基超导微观机理理论研究 的一个基本出发点. 高温超导专家Zhi-Xun Shen(美国科学院院士,中国科学院外籍院士), M.Z. Hasan和G. R. Stewart等在他们的综述中正面大篇幅引用这些工作.高温超导专家D.C. Johnston发表在 Advances in Physics的一篇综述中有8页11处用大段的篇幅引用他们的结果,指出他们的工作 正确(correctly) 预言了 实验上观测到的磁结构 并建立一个 基于局域磁矩的反铁磁交 换作用J1-J2-J3海森堡模型 . 2. 成功预言铁基超导母体的两种新的磁有序结构,得到大量实验结果的验证和支持,并 进一步明确了铁基超导中的磁交换作用.(代表性论文3,5,6,7) 他们成功预言了母体之一碲化铁(FeTe)中存在一种双共线反铁磁长程序,被美国橡树林 国家实验室中子散射实验所证实.进一步成功预言由碱金属元素插层所形成的三元铁硒超导 体的母体是反铁磁半导体,并给出了在不同组分下的磁有序结构和电子结构,两年后被中子 散射和角分辨光电子谱实验结果所证实. 美国科学院院士R.J. Birgeneau在报告他们的中子散射 实验结果的Phys. Rev. Lett文章中,称这是一个 非凡(remarkable) 的理论预测,并在文章结 尾总结部分直接大篇幅地引用代表性论文5的结果,即主要磁相互作用是由硒传递的局域磁矩 间的超交换作用而不是费米面的嵌套效应. 上述工作,为铁基超导微观机理的研究提供了理论基础,成为构建铁基超导基本模型的一 个出发点,推动了铁基超导研究的发展,得到国际同行的高度评价.该项目的8篇代表作他引 1046次,其中3篇为ESI高被引论文,获APS邀请报告.因这些成果,第一完成人获得了香港大 学?Daniel Tusi Fellowship?(2010),教育部长江学者(2012),中国物理学会叶企孙物理奖 (2015);

完成人受邀在赵忠贤院士和于渌院士主编的《铁基超导体物性基础研究》一书中 撰写?概论?和?电子结构?两章.该项目获得2015年度教育部自然科学一等奖. 客观评价: 自铁基高温超导发现以来,该团队在铁基超导理论研究方面,做出了创新性和系统性强 的研究工作,得到国际同行的高度评价和广泛引用.他们的

8 篇代表性论文被他人引用

1046 次,论文的引文主要发表在 Reviews of Modern Physics, Advances in Physics, Nature, Science, APS Journals 等重要的学术刊物上. 下面摘取的是一些代表性综述文章以及重要的实验文章对该团队的

8 篇代表性论文的引 用和评述,这些引用和评述充分肯定和高度评价了他们的研究成果,特别是他们的理论预言 被实验证实或实现 (请参阅附件中的八篇代表性引文, 其中引用和评述处都用黄色特别标出) . 1. 国际著名高温超导专家 David C. Johnston 在综述评论文章 Advances in Physics 59,803 (2010)(代表性引文一)中对铁砷/硒化合物超导体作了全面的总结和评述.这篇文章是铁 砷/硒化合物超导研究方向最有代表性的一篇综述评论文章.在这篇综述文章中有

8 页11 处,该团队的工作被重点且大篇幅引用和高度评价.Johston 评述到,该团队 预言了铁基 超导体的母体 LaOFeAs 是反铁磁半金属【代表性论文 1】 ,提出以次近邻局域磁矩之间反 铁磁超交换作用为主的磁机理【代表性论文 2】 ,系统地研究了'

122'

系列铁基超导体的 电子结构和磁序【代表性论文 4】 ,预言 FeTe 处于一种新型的双共线反铁磁序,并提出用 J1-J2-J3 自旋海森堡模型来描述 【代表性论文 3】 ;

并进一步用大段的篇幅引用该团队的 【代 表性论文 3】的结果来说明为什么铁基超导体中的磁机理是该团队所提的通过 Te/Se 或As 传递的次近邻反铁磁超交换作用,而不是基于巡游电子的费米面嵌套效应. 2. 国际著名高温超导专家、 美国科学院院士 Zhi-Xun Shen 和合作者在关于铁基超导体阶段性 的进展报告文章 Reports on Progress in Physics 74,

124506 (2011) (代表性引文二)的开始引 言部分就评述到,自旋涨落对于系统中的向列相相变发挥着关键性的作用,根据之一就是 该团队在【代表性论文 2】中所提出的由砷传递的反铁磁超交换作用的磁机理. 3. ARPES 实验和高温超导专家 M.Z. Hasan 研究组在 Physical Review Letters 103,

037002 (2009)(代表性引文三)中第一次用 ARPES 实验研究了 Fe1-xTe 并在文章中明确指出,在 该团队的有关 FeTe 的理论模型即局域磁矩之间的双共线反铁磁序【代表性论文 3】和其 他诸多相应理论模型之间, 除了已有的中子实验确认了该团队的理论工作外, 这次 ARPES 实验也确认了该团队的理论工作,而且除了一个重整化因子

2 外ARPES 实验所测得的电 子能带与该团队 DFT 计算所得的电子能带是令人吃惊的一致. 4. 国际著名高温超导专家 G. R. Stewart 在Reviews of Modern Physics 83,

1589 (2011) (代表性 引文四)中对铁基化合物中的超导电性作了较为全面的总结和评述.在这篇综述评........