铁基超导体自从被发现以来,无数的科学家投身于此,铁基超导领域的发展突飞猛进。铁基超导转变温度也是越升越高,可能会超过液氮温区的超导临界温度。人们仍然在寻找超导临界温度高于液氮温区的铁基材料,同样的在理论方面人们也在找寻铁基超导体材料的超导机制。无论是理论还是实验材料,一旦有一项达成都是历史性的突破。人们在研究超导机制时发现,清楚的了解铁基超导体母体的磁性是首要条件。铜氧基高温超导体材料的母体大家都一致认为是反铁磁莫特绝缘体,但是对于铁基高温超导材料母体的磁性却一直举棋不定,不能用统一的理论来证明母体磁性的起因。关于电子之间的相互作用,铁基高温超导体材料要稍弱于铜氧基高温超导体材料。并且,铁基高温超导体材料具有比较复杂的电子结构和非常之多的实验特性,这些都是有待人们探索和研究的地方。89906

1  Fe基超导化合物的晶体结构

在Fe基超导体的结构中,存在一种单层结构,也就是FeAs层,很多铁基超导体化合物的每个单胞中都具有相同的铁砷层,只含有一个FeAs层。大部分Fe基超导体化合物体系均属于四方晶系,堆垛方式也全部类似:都是由导电的FeAs层或者FeSe层以及其他库电层简单交错堆积而成。以FeSe为代表的11体系是Fe基超导化合物中最简单的晶体结构。其实,铁基高温超导体的超导临界温度与晶体结构有着密切的联系。尽管各类别的铁基超导体材料的几何结构非常相似,但是各个类别材料的低温物理性质却大不相同。下图则表示了具有代表性的集中铁基高温超导体的晶体结构。这些晶体结构都非常相似,可以看成是由超导层和载流子库层沿c轴方向交替穿插而成。铁基超导体的122体系具有反萤石结构的特点,As原子均匀分布在Fe离子所在平面的上下两侧,Fe离子则在平面排成四方格子,并且Fe离子位于四面体的中心,As原子出在四面体的顶点位置。当122体系沿着c轴自身排列时就形成了11体系,这个体系结构也就是最简单的结构,这个晶体结构只有一个单层,没有用来提供载流子的其他插层。当122体系的超导层中间插入半径比较小的金属离子时,这就形成了111体系,这个体系属于P4/nmm空间群。当正电荷层和负电荷层沿着c轴交替穿插时就形成了1111体系。此外,还有一种层状的铁基高温超导体材料的结构比较复杂,由反萤石结构的FeAs层和钙钛矿结构的氧化物层沿着c轴方向脚踢穿插组成。在这些铁基高温超导体材料中,每个不同的体系都包含最初的FeAs4四面体构成的二维面。论文网

  各类Fe基超导体晶体结构示意

2  FeSe化合物的超导电性及压力对其的影响

    2008年,台湾的吴茂昆研究组在FeSe化合物中发现了8K的超导电性【8】。在固态物质中,大部分的内部原子之间的间距决定了相互作用力的强弱。如果对物质整体施加一定量的压力,物质内部的空间就会改变,内部原子之间的距离将会变化,从而导致原子内部的相互作用力改变。这样就可以在没有外部的化学掺杂情况下改变物质的电子能谱。当施加在物体上的是静水压,并且被施加压力的物体是各向同性时,这种优越性尤为显著。因此,人们在研究新物质的物理性质时经常会用到压力测试,如此可以探索物质的物理状态,验证理论模型。而压力对超导现象的影响主要表现在两个方面:1,改变超导体材料的临界温度。2,改变超导体材料的临界磁场。并且对一些非超导的物质进行加压会使该物质出现超导体性质,而相反的,一部分超导体材料在加压情况下会变为飞超导体材料。

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