高压下的铁基超导体:现象与物理

始于2008年的铁基超导体研究续写了高温超导发展史的新篇章.回顾过去十年对铁基超导体的研究,在理论、实验及应用方面都取得了辉煌的成绩,丰富了人们对高温超导电性的认识,为突破高温超导机理研究、最终实现超导材料的人工设计与更广泛的应用奠定了坚实的基础.本文主要介绍了通过高压实验研究手段在铁基超导体的研究中取得的一些重要进展及呈现出的新现象和新物理,例如压致超导现象、压力导致的超导再进入现象、压力对超导转变温度的提升效应、压力研究对铁基超导体超导转变温度的预测、相分离结构对超导电性的影响及反铁磁-超导双临界点的发现等.希望这些高压研究结果与本文报道的其他各类实验与理论研究成果一起,为全面、深入地理解铁基超导体勾画出一幅较为完整的物理图像.     

非晶态超导性

一、引 言 Buckel 和 Hilsch于1954年发表了他们对非晶态超导性所作的系统的研究工作[1].最近十几年不断发现许多非晶态材料超导临界温度比相应的结晶态材料有很大提高.其超导性也有一些新的特点,因此受到应用和基础研究方面的重视。至今已经发表了不少理论和实验研究工作,同时也提出不少问题,有待进一步从固体和超导性的理论以及实验方面进行研究。 本文中先介绍非晶态简单金属超导性的特点.超导性起因于电子声子相互作用,因此为了理解非晶态超导性的特点,在第三部分分析非晶态电声子相互作用,在第四节部分综述非晶态过渡金属超导性的特点…     

1911年4月：昂内斯开始研究超导性

2007年,物理界庆祝高温超导体“物理界的伍斯托克”会议20周年,以及BCS超导理论50周年。然而,超导性的故事实际上却是开始于1911年,那年昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）最先发现了超导现象。     

超导及其应用专题编者按

1911年荷兰科学家Heike Kamerlingh Onnes首次在金属汞中发现超导现象以来,超导作为人类发现的第一个宏观量子现象已经有百余年的研究历史.在这百余年的时间里,人们对传统的低温超导材料的认识及应用已经取得了巨大的成就,尤其是关于其超导机理的BCS理论的建立极大地推动了凝聚态物理的发展.在铜氧化物高温超导体发现后的近三十余年里,源于对其机理的研究开辟了基础物理新的领域,也为超导体的应用带来了新的技术.然而,非常规高温超导机理的研究和高临界参数的新超导体的探索仍面临许多挑战.     

超导体产生的强磁场如何测量?

 一、超导体能产生强磁场自1911年荷兰科学家昂内斯发现超导现象以后,许多大科学家绞尽脑汁设法从理论上解开这一奇妙现象之谜.经过了漫长的努力,超导现象终于在1958年为三个美国科学家巴丁、库珀、施莱弗联合提出的一项理论(即著名的BCS理论)所基本解释,这三位科学家也因此荣获了诺贝尔物理学奖.六十年代以来,由于第二类超导体的制造工艺日益进步,超导技术已逐步取得了不少实际应用.数年前发现的高温超导现象,已成为家喻户晓的事实了.     

强耦合超导理论的物理基础(Ⅰ)

本刊曾经发表了“超导临界温度理论综述”（７卷２期）与“超导微观理论及其进展浅说”（７卷５期）．前文侧重于超导微观理论的最新进展，后文侧重于早期微观理论的介绍．本期及下期将连续两期刊登“强耦合超导理论的物理基础”．该文将超导微观理论的物理图象以及从弱耦合到强耦合的发展作了深入浅出的介绍．     

铁基超导涡旋演生马约拉纳零能模

作为马约拉纳零能模(MZM)的一种全新载体,具有拓扑能带结构的铁基超导块材——拓扑铁基超导体——近年来引起了学术界的广泛关注.由于同时具备单一材料、高温超导、强电子关联、拓扑能带等特质,拓扑铁基超导体成功规避了本征拓扑超导体和近邻异质结体系在实现MZM上的困难,为马约拉纳物理开辟了自赋性拓扑超导的新方向.时至今日,人们已经在多种拓扑铁基超导体的磁通涡旋中测量到了纯净的MZM.实验发现,铁基超导体系中演生的涡旋MZM信号明确、物理清晰,具有很好的应用前景.拓扑铁基超导体有望成长为研究马约拉纳物理和制备拓扑量子比特最重要的材料体系之一.本文以Fe(Te,Se)为主要对象详细介绍了铁基超导马约拉纳载体的思想起源和研究进展.在阐明Fe(Te,Se)拓扑能带结构和零能涡旋束缚态基本实验事实的基础上,本文将逻辑清晰地系统总结铁基超导涡旋演生MZM的主要实验观测和基本物理行为;借助波函数、准粒子中毒等实验,解析Fe(Te,Se)单晶中的涡旋MZM演生机制;结合现有马约拉纳理论,深入探讨铁基超导体中的马约拉纳对称性和准粒子拓扑本质的实验测量.最后,本文采用"从量子物理到量子工程"的视角,综合分析涡旋MZM在真实材料和实际实验中的鲁棒性,为未来潜在的工程应用提供有益指导.本文以物理原理为线,注重理论与实验结合,旨在搭建经典马约拉纳理论与新兴拓扑铁基超导体系之间的桥梁,帮助读者理解铁基超导涡旋中演生的MZM.     

全国凝聚态物理及其应用学术会议在上海召开

为了检阅我国在凝聚态物理各领域近年来所取得的研究成果,促进学科之间的渗透,中国科学院数理学部于1985年4月15—19日在上海组织召开了全国凝聚态物理及其应用学术会议.会议就若干具有学科代表性的重要前沿组织了二十三篇大会报告,并就理论物理,金属物理、固体发光、铁磁、铁电性、半导性、超导性、非晶态金属、固体光谱及一些边缘学科、研究方法等各个方面的三百余篇文章,组织了十五个专题组进行交流。 会议反映出我国在凝聚态物理研究方面有三个特点.一是研究正向纵深发展.无论是理论研究还是实验研究都愈来愈深入到微观层次,实验手段有…     

新型超导体二硼化镁(MgB_2)基础研究及其应用展望

文章简要介绍了新型超导体二硼化镁的发现、研究进展和应用前景 .理论和实验都已经证明 ,二硼化镁的超导电性来源于电声子耦合 ,可以用具有S -波对称性波函数的BCS图像来描述 .然而在二硼化镁超导体中 ,人们发现有两个超导能隙 ,一个在 6meV ,另外一个在 2meV左右 ,它们同时在超导转变温度处打开 ,这给超导机理研究带来了一些新的内容 .在混合态物理方面 ,人们发现超导与正常态的边界线 (上临界磁场Hc2 )与磁通融化线(不可逆线Hirr)之间有很大的间隙 ,即使在绝对零度时也是如此 ,作者提出这可能是由于双能隙的结果或磁通物质的量子融化 .在应用方面 ,最有可能把它做成超导磁体 ,利用闭路循环制冷机制冷在 2 0K左右使用 ,这样极有可能取代现在医学上使用的核磁共振成像的液氦温度超导磁体     

1957年7月巴丁、库伯和施里弗将他们的论文“超导性的理论”投寄发表

50年前,也就是1957年,约翰·巴丁（John Bardeen）、里昂·库伯（Leon Cooper）和罗伯特·施里弗（Robert Schfieffer）提出他们对超导性的完整理论,终于解释了超导性,这个自1911年被发现以来,对物理学家一直都是个谜的现象。     

低温超导物理学中的重要实验史话

综观超导发展史，实验既是创立超导理论的基础，也是检验超导理论的惟一手段。正是实验的发展，不断揭示了超导的各种新现象，日益加深着人们对超导电性的认识，促进了超导物理学的发展和应用。文章回顾了低温超导发展过程中的一些重要实验，探讨了这些实验的思想及其对超导发展的重要促进作用。通过对超导实验历史材料的研究，我们不仅可以学到科研技能和了解科学新现象的发现过程，而且可以学到正确的科研态度和方法。     

超导环中的电子对

 当一种材料变成超导体时,载电流的电子性能就象变成了电子对一样,虽然电子在狭小的空间内互相排斥。在传统的超导体内,这种电子对产生于电子运动引起的电子和晶格振动之间的相互作用。 然而,这种相互作用在高温氧化铜超导体内解释其超导性是很不充分的,虽然理论研究者确信电子对的产生,但是他们远不能同意这种电子对的形成机理。 现在研究者们已经得到了新的实验证据,这个实验可能帮助人们确立高温超导性的工作过程。这是IBM公司约克顿·海兹研究中心的科学家们的研究成果。他们发现一个超导环能够显示其磁通量一半的磁化强度。主要研究者J.R.Kirtley于1994年3月在匹兹堡市的一个物理学会会议上报告了他们的发现经过。 他们的实验用的是由钇、钡、铜氧化物的高温超导薄片做成的4个微型环。每个微型环的大小为0.068毫米,各个环有不同数目的晶粒边界(如图1)。这些边界是超导薄片中不同晶体方向形成的结。     

约瑟夫森效应

在物理学中,提出新的理论必须经过实验的验证才被公认,同时,科学理论对科学实验又有能动的指导作用。实验和理论研究的这种相互依赖的辩证关系,在约瑟夫森效应的予言和实验证实中表现得极为鲜明。下面简略介绍约瑟夫森效应发现的历史情况。一、约瑟夫森和他予言的效应约瑟夫森效应是在两块超导体之间存在弱耦合时发生超导电流的现象,又称作超导隧道效应。这个效应是1962年由英国剑桥大学的研究生B.D.Josephson(约瑟夫森)所予言,并在以后几年里,由实验证实了这种效应。因此,约瑟夫森与贾埃弗(I.Giaever)、江琦     

Ti-Pd系的超导性

自从1912年Onnes发现世界上第一个超导合金其T_c略高于组成元素的自身值之后,人们不断地努力寻找比组成元素T_c值有较大幅度提高的各种组合,至今已找到了数以千计的超导合金和化合物.关于Ti-Pd系二元合金,Raub等人曾提过A-15结构的Ti_4Pd会有超导性,但尚未见到详细的研究报道,Ti-Pd系超导性的研究基本是空白.     

低维超导的实验进展

超导自发现以来, 已成为凝聚态物理领域最重要的方向之一. 近年来, 低维材料制备技术的进步使得一维或二维的超导特性实验研究成为可能. 本文在简要介绍超导现象的基础上, 重点回顾了近些年二维超导薄膜和一维超导纳米线的制备和电输运研究, 以及在低维超导体中发现的相移、近邻效应、铁磁超导相互作用和高温超导等新奇的现象, 并对该领域的进一步发展做出了展望.     

掺杂半导体的超导过程——杂质-等离振子模型

本文提出了一个“杂质-等离振子模型”,描述掺杂半导体的超导过程。作为其推论:1)定性解释了T_c随压力增加而线性下降的实验结果;2)推导出了一个超导判据,说明重掺杂(n型)是半导体获得超导性的必要条件;3)提出了一种测量超导性半导体中费密能级与杂质能级相对位置的新方法。 关键词：     

超导转变温度(Tc)测量的实验

一、引言一些物质在温度低于某一值(T_c)时,其电阻率突然转变为零.这种状态称作超导状态,这类物质称为超导体。T_c 称作超导体的转变温度.不同的超导材料,其转变温度也不同.因而,超导体的转变温度(T_c)是超导材料最基本、最重要的物理参数之一,其它物理量无不与此相关.精确测量超导体的 T_c值已成为超导电性研究中必备的手段.为了培养高水平的接触近代科学前沿的硕士和博士人才,我们连续三年对固体物理、实验物理和低能核物理等专业的研究生开设了超导转变温度(T_c)测量的实验.结果表明,同学们不仅能完成实验要求,掌握实验技     

超导涡旋玻璃

超导涡旋系统的性质丰富多彩，对它的理论和实验研究已积累了大量的新知识，以致形成了凝聚态物理的一个新分支－涡旋物理学，涡旋固体可以是玻璃态或结晶态，其强度直接联系超导应用的主要参数之一的临界电流密度，使这一研究有浓厚的应用背景，文章试图深入浅出地介绍超导涡旋玻璃的基本内容与特征，着重于其存在的物理基础和证据。希望这一涉及多种物理分支学科，使用多种专门理论工具和精巧实验方法研究出来的新物态为更多的读者     

重费米子超导体的奇异特性

本文主要综述了最近几年对重费米子超导体CeCu_2Si_2、UBe_(13)和UPt_3所做的实验研究。着重介绍了重费米子超导体的奇异特性,尤其对与标准的BCS超导理论不符的实验现象和可能的P波配对超导的解释作了较系统的总结,对实验现象之间的一些关联也作了讨论。在理论方面,简要概述了对重费米子的起源、超导机制以及超导态的特性所做的理论研究的主要进展。     

重费米子超导体的奇异特性

本文主要综述了最近几年对重费米子超导体CeCu_2Si_2、UBe_(13)和UPt_3所做的实验研究。着重介绍了重费米子超导体的奇异特性,尤其对与标准的BCS超导理论不符的实验现象和可能的P波配对超导的解释作了较系统的总结,对实验现象之间的一些关联也作了讨论。在理论方面,简要概述了对重费米子的起源、超导机制以及超导态的特性所做的理论研究的主要进展。