第一章 铁基高温超导材料简介

第一节 超导的发现和历史 

1911年，K·Onnes教授意外发现当水银被冷却到4。2K时，电阻突然消失，首次发现了超导现象。随后在1933年，Meissner和Ocsenfeld发现了当材料处于超导状态时，超导体内磁感应强度为零，表现出完全的抗磁性，从而为超导拉开了帷幕。直到1957年BCS理论的出现，才成功地解释了在金属中出现的超导现象出现的原因。1962年约瑟夫森理论提出了超导体的第三个特性，也成为隧道效应。 

1986年，铜氧化物高温超导体的发现，冲击了当时的BCS理论。在实际应用方面，铜氧化物的超导温度可以高于液氮的沸点,，这就意味着可以用廉价的液氮代替昂贵的液氦将它们进行冷却，从而使人们看到了超导体能够被大规模应用的曙光。铜氧化合物超导体与BCS理论相互矛盾的是，电声子耦合强度无法支持它们的超导转变温度。因此，高温超导一出现，科学家们便开始寻求可以替代BCS理论的高温超导机理。大量的实验结果表明，在高温超导材料中，超导电性的产生是通过用载流子对反铁磁的莫特绝缘体进行掺杂得到的，所以高温超导相和反铁磁相存在着密切联系。因此，研究人员希望通过研究超导与磁性的相互作用，解决这一难题。这个问题的解决，将会把超导的研究推向一个新的高度。然而，这仍然存在许多问题没有得到很好的解决，铜氧化物超导体成材工艺也遇到了极大的挑战，阻碍了铜氧化物超导体大规模的应用。

2008年，超导研究进入了新的纪元。日本科学家率先在一类含有铁的化合物中发现了超导现象，这类材料后来被称为铁基超导体。最先引起人们兴趣的工作是由 Hideo Hosono团队报道的，在LaFeAsO1-xFx(基于母体材料各元素化学组分比例以1111标记)中存在Tc= 26 K 的超导电性，从此研究铁基超导体便在世界上形成一股热潮。这一小组早些时候还报道了LaFePO1-xFx中Tc~ 5 K的超导。在之后的一段时间里，许多铁基超导体陆续地报道出来，到目前为止已经发现了五类主要的铁基超导体，分别是LaFeAsO (1111)、BaFe2As2(122)、LiFeAs (111)、Fe1+yTe1-xSex(11)、Sr2VO3FeAs (21311)，在室温下它们都是四方相的层状结构。因此研究人员将目光都转移到了铁基超导材料上，期望通过研究铁基超导来探究超导相变的机理。所以研究比较铜氧化物材料和铁基超导体性质的异同尤为关键，只有分清两者的异同才能更好地从铜氧化物超导的基础上研究铁基超导。源Q于W优E尔A论S文R网wwW.yOueRw.com 原文+QQ75201,8766

第二节 新型铁基超导材料

（一） 铁基超导体的介绍

2008年2月，东京工业大学的Hideo Hosono团队发现在铁基层状化合物LaFeAsO1-x通过F掺杂可达到超过26K的超导电性。由于Fe具有磁性，一般认为铁磁性会对超导起到一定阻碍作用，但是在含铁的化合物中出现了超导电性，这一现象引起了物理和化学科学家的广泛兴趣。在随后非常短的时间里，研究人员发现了一大批具有不同结构的新型铁基超导材料，分别是(1) 1111型铁基超导材料；(2) 122型铁基超导材料；(3) 111型铁基超导材料；(4) 11型铁硫基超导材料；(5) 21311型铁基超导材料，这些超导材料主要是通过掺杂或替换得到。

（二） 铁基超导体的结构

(1)  LaFeAsO (1111)体系

“1111”体系是最早研究的一类铁基超导材料，也是研究最为深广的一个体系。在2006年研究人员已开始关注LaFeAsO材料，发现有3~4K的超导电性，随后在08年报道了在掺杂F的LaFeAsO材料中发现了26K的超导体。人们尝试了在As的位置替换P，在Fe的位置替换其他过渡金属，在O的位置替换H等方式，获得了较宽的掺杂范围，得到了较宽的电荷掺杂相图。