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1、新型铁基超导体材料的研究进展摘 要最近,由于在铁基Ln(O,F)FeAs化合物及其相关化合物中发现具有高于40K的超导电性,引起了凝聚态物理学界很大的兴趣和关注.在随后的研究中发现,在该类材料中最高超导临界温度可达到55K.这些重要的发现使得人们又重新对高温超导体的探索产生了极大的兴趣,并且为研究高温超导的机理提供了新的一类材料.AbstractThediscoveryofsuperconductivitywithacriticaltemperature(Tc)higherthan40KintheironarsenideLn(O,F)FeAshasdra
2、wnmuchinterestincondensedmatterphysics.Laterdiscoveries,includingtheenhancementofTcupto55K,hasevokedintenseexcitementinthepilgrimagetowardstheunderstandingofthemechanIsmofhighTcsuperconductivity,whileprovidingabrandnewfamilyofmaterialstoAddressthisissue.关键词铁基超导体Ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
3、ｓ ｏｆ ｎｏｖｅｌ Ｆｅ－ｂａｓｅｄ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ 引言1986年,IBM研究实验室的物理学家Bednorz(柏诺兹)和Muller(缪勒)发现了临界温度为35K(零下238.15曟)的镧钡铜氧超导体.这一突破性发现导致了一系列铜氧化物高温超导体的发现.自那以后,铜基高温超导电性及其机理成为凝聚态物理的研究热点.然而直至今日,铜基高温超导机制仍未解决,这使得高温超导成为当今凝聚态物理学中最大的谜团之一.因此科学家们都希望在铜基超导材料以外再找到新的高温超导材料,能够从不同的角度去研究高温超导机制,最终解决高温超导的机制问题.2006-
4、2007年，日本东京工业大学的Hoson研究组分别报道了LaFePo和LaNiPo体系的超导电性，但因其超导转变温度Ｔｃ较低（２—７Ｋ），当时并未引起人们的广泛重视.2008年２月，该小组报道在LaFeAsO体系中发现了高达２６Ｋ的超导转变，这一突破性成果立刻引发了人们对该体系的强烈关注．随后国内外许多研究组相继报道了一系列具有超导电性的层状铁基化合物，此类材料被统称为铁基超导体．在铁基LaO1-xFxFeAs(x=0.05—0.12)化合物中发现有26K的超导电性,层状ＺｒＣｕＳｉ型结构的ＬｎＯＦｅＭ(Ln=La,Pr,Ce,Sm;M=Fe,Co,Ni
5、,Ru和Pn=P和As)化合物引起了科学家很大的兴趣和关注.2008年3月,该类材料的超导临界温度在SmO1-xFxFeAs化合物中被首次提高到43K,并在随后的研究中发现,该类材料中的最高超导临界温度可达到54K.中国科学院物理研究所王楠林小组、赵忠贤小组、闻海虎小组及其他小组作出了重要的发现(见同期的文章).这些发现使得人们又重新对高温超导体的探索产生了极大的兴趣,并且为研究高温超导的机理提供了一类新的材料.近期初步研究表明,这类新超导体属于非传统超导体,电声相互作用并不能导致如此高的临界转变温度,强的铁磁或反铁磁涨落被认为是可能的原因,然而其机理还
6、不是很明朗,其丰富的物理性质有待人们展开进一步深入的研究.文章分为三个部分:第一部分介绍新型高温超导材料探索及物性研究;第二部分介绍铁基超导体的单晶制备以及物性研究;第三部分介绍铁基超导体的电子相图以及超导和自旋密度波共存的研究进展.最后,提出了一些发展前景.．目前，根据母体化合物的成分和晶体结构，大致可以将铁基超导体分为以下４个体系（对应的晶体结构示意图见图１）：（１）“１１１１”体系，成员包括ＬｎＦｅＰｎ（Ｌｎ＝Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙ；Ｐｎ＝Ｐ，Ａｓ）以及ＡＦｅＡｓＦ（Ａ＝Ｃａ，Ｓｒ）等化合物［２］，空间群为Ｐ４／ｎ
7、ｍｍ，具有ＣｕＨｆＳｉ２型晶体结构，该体系是由（ＬｎＯ）＋层与反萤石型（ＦｅＰｎ）－层沿晶体学ｃ轴交替堆垛而成；（２）“１２２”体系，成员包括ＡＦｅ２Ａｓ２（Ａ＝Ｂａ，Ｓｒ，Ｋ，Ｃｓ，Ｃａ，Ｅｕ）等，空间群为Ｉ４／ｍｍｍ，具有ＴｈＣｒ２Ｓｉ２型晶体结构，该体系由Ａ离子层与反萤石层（ＦｅＡｓ）－沿晶体学ｃ轴交替堆垛而成；（３）“１１１”体系，成员包括ＡＦｅＡｓ（Ａ＝Ｌｉ，Ｎａ）等［４］，空间群为Ｐ４／ｎｍｍ，具有Ｃｕ２Ｓｂ型晶体结构，该体系也是由Ａ离子层与反萤石层（ＦｅＡｓ）－沿晶体学ｃ轴交替堆垛而成，但其（ＦｅＡｓ）－层的相对位置以及层间Ａ离子数量都与１
8、２２体系不同；（４）“１１”体系，成员为ＦｅＳｅ［２］，空间群为Ｐ４／ｎｍｍ，具
