新型铁基超导体材料的研究进展

文章主要介绍了碱金属插层法合成新型铁基超导体的研究进展.通过采用碱金属K对FeSe层状材料插层的方法,得到了一种新型的铁基超导体K0.8Fe1.7Se2,并对该材料的晶体结构与物性进行了研究.结果表明,该化合物的超导转变温度达到30K,这是FeSe体系在常压下的最高超导转变温度.同时,观察到该体系中存在转变温度为43K的超导相,但未得到纯相.通过磁性元素Co的掺杂研究,进一步加深了对K0.8Fe1.7Se2体系超导演化规律的认识.该超导体的发现对深入认识铁基超导体的超导机理,探索具有更高超导转变温度的铁基超导体具有重要意义     

电工所率先研制出新型铁基超导体线材

在科技部、国家自然科学基金委和中科院的支持下,中科院电工所应用超导重点实验室马衍伟研究小组采用传统的粉末装管方法,首次成功研制出转变温度达25K的铁基镧氧铁砷线材．这是世界上第一个将铁基超导材料加工成超导线材的工作,对于强电应用具有重要意义．     

新型铁基超导体角分辨光电子能谱研究

最近发现的新型122结构的铁基超导体掀起了铁基高温超导研究的又一轮热潮.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,研究了这类新型铁基材料的电子结构、费米面拓扑和超导能隙.实验结果表明,其在布里渊区中心的能带结构及费米面与其他铁基超导体存在明显差异,并导致嵌套在粒子-空穴通道的费米面消失.另外,在布里渊区边缘的电子型费米面发现了较强的并且有各向同性的超导能隙.这些结果对可能的超导配对机制提出了严格的限制.     

新型铁基超导体角分辨光电子能谱研究

最近发现的新型122结构的铁基超导体掀起了铁基高温超导研究的又一轮热潮.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,研究了这类新型铁基材料的电子结构、费米面拓扑和超导能隙.实验结果表明,其在布里渊区中心的能带结构及费米面与其他铁基超导体存在明显差异,并导致嵌套在粒子-空穴通道的费米面消失.另外,在布里渊区边缘的电子型费米面发现了较强的并且有各向同性的超导能隙.这些结果对可能的超导配对机制提出了严格的限制.     

新型FeSe基超导材料研究进展

FeSe基超导体作为铁基超导材料家族的重要组成部分,已经成为凝聚态物理研究的一个热点领域,对这类超导材料的探索和制备是研究其物理性质的基础.目前,对于FeSe基超导材料的探索主要集中于插层和外延单层FeSe薄膜.其中,通过插层方法获得的FeSe基超导材料具有独特的性质,且种类众多.本文介绍了近年来发现的一系列FeSe基高温超导材料,涵盖K_xFe₂Se₂,A_xNH₃FeSe,LiOHFeSe和有机分子插层FeSe等,并针对各种材料,简述了其性质及影响.     

新型交生结构自掺杂铁基超导体

铁基高温超导体的基本结构单元是反萤石型Fe₂X₂层（X为磷族或硫族元素）,因此,设计具有Fe₂X₂层的新化合物成为探索铁基超导材料的有效途径.本文在回顾铁基超导体结构特征和基本结构类型的基础上,归纳总结了铁基超导体块层结构设计的基本原则;着重介绍迄今发现的几类具有层状交生（intergrowth）结构的新型自掺杂铁基超导材料.     

石墨插层化合物超导体研究进展

本文介绍了石墨层间化合物(GICs)超导体的发展及超导电性,重点结合GICs超导体的研究进展,特别是具有高超导转变温度(Tc=11.5 K)CaC6的研究,系统地分析和总结了当前GICs超导电性的研究现状,并对GICs超导体的发展进行一些展望.     

双掺杂铁基1111型超导体Nd1-xBaxFeAsO1-2xF2x的磁传输性能研究

采用两步固相反应法,在母相FeAs=1111结构的NdFeAsO中掺入BaF2,实现电子与空穴的双掺杂．该体系超导转变温度（Tc）在33-50K范围,取决于名义BaF2掺杂量x．在实验范围内,掺杂量越大,转变温度越高,当x=0．2时,Tc达到50K．磁电阻测量表明：高掺杂量样品（例如x=0．2）具有较高的上临界场（Hc...     

价层轨道平均能与掺杂铁基砷化物超导电性

文中研究了目前已掺杂的铁基砷化物的原子价层轨道平均能与超导电性的关系,发现全部阳离子和阴离子的价层轨道平均能的平均值主要集中在11.407 eV—11.705 eV之间,而阳离子与阴离子价层轨道平均能的平均值之差的绝对值主要集中在8.446 eV—8.869 eV之间,并由平均作用能与转变温度的关系推测出目前掺杂铁基砷化物还没有达到超导最佳状态。这将有助于了解晶格上电子的静电作用与超导机理的关系,并对以后铁基砷化物的掺杂研究有一定的指导意义。     

Ba-122铁基超导带材扭转下临界性能研究

为推动铁基超导带材实用化发展,本文研制出一种在铁基超导带材纯扭转测试装置,分析了7芯Ba_1-xK_xFe₂As₂(Ba-122)带材在扭转应变下临界性能变化。带材临界电流在扭转应变下会出现衰退行为,并且随扭转应变增大而减小。四对电压信号测量结果一致,表明扭转变形均匀。以95%的初始临界电流为临界扭转标准,带材临界扭转角为120°,相应的临界剪切应变为0.86%和临界扭转螺距为240 mm。扭转应力会损伤超导芯,导致带材临界载流性能降低。     

铁基超导体中的长程反铁磁序

文章回顾了用中子散射技术对铁基超导体中所存在的三维长程反铁磁序进行研究的进展. 大多数铁基超导体母体的晶体结构在温度降低时都经历了从四方相变化到正交相或单斜相的结构相变. 在此相变温度之下,自旋系统也从顺磁变化到三维长程反铁磁. 在掺杂之后,结构相变和磁相变都被压制,而超导则最终出现. 文章详细介绍了各种母体中的三维反铁磁结构及其自旋波频谱,并讨论了掺杂对反铁磁相变和晶格相变的影响.     

铁基超导体系基于电子关联强度的统一相图

铁基超导和铜基超导具有诸多相似性,这为建立统一的高温超导机理图像提供了可能性.然而,对铁基超导体系中无论是进行电荷掺杂、还是等价掺杂来改变化学压力,都能产生定性上类似、而细节上纷繁复杂的相图,这对建立统一的图像造成了困难.研究化学掺杂效应如何在微观上影响电子结构和超导电性,区分主导超导电性演化的主要因素和次要因素,对建立统一图像和揭示高温超导机理至关重要.本文综述了对铁基超导体系中化学掺杂效应的一系列角分辨光电子能谱研究,涵盖了基于FeAs和FeSe面的多种代表性铁基超导体系,包括异价掺杂、等价掺杂、在元胞不同位置的化学掺杂,及其对电子体系在费米面结构、杂质散射、电子关联强度等方面的影响.实验结果表明：电子关联性或能带宽度是多个铁基超导相图背后的普适参数,不同的晶格和杂质散射效应导致了并不重要的复杂细节,而费米面拓扑结构与超导电性的关联并不强.这些结果对弱耦合机理图像提出了挑战,并促使人们通过局域反铁磁交换作用配对图像在带宽演化层面上统一地理解铁基超导.     

非常规超导体及其物性

1986年高温铜氧化合物超导体的发现开辟了超导研究的新纪元,人们开始大量探索具有非常规超导机制的新型超导材料,以期发现具有更高超导转变温度的超导体。文章将结合作者多年来的研究,简要介绍具有代表性的非常规超导体材料家族及其物性,以及对非常规超导体材料研究的未来展望。     

Exploration of iron-chalcogenide superconductors

Iron-chalcogenide compounds with FeSe（Te, S） layers did not attract much attention until the discovery of high-Tc superconductivity （SC） in the iron-pnictide compounds at the begining of 2008. Compared with FeAs-based superconductors, iron-chalcogenide superconductors have aroused enormous enthusiasm to study the relationship between SC and magnetisms with several distinct features, such as different antiferromagnetic ground states with relatively large moments in the parents, indicating possibly different superconducting mechanisms, the existence of the excess Fe atoms or Fe vacancies in the crystal lattice. Another reason is that the large single crystals are easily grown for the iron-chalcogenide compounds. This review will focus on our exploration for the iron-chalcogenide superconductors and discussion on several issues, including the crystal structure, magnetic properties, superconductivity, and phase separation. Some of them reach a consensus but some important questions still remain to be answered.     

Theoretical investigation of the superconducting gaps in the Fe-based superconductors

Based on an antiferromagnetic (AFM) spin fluctuation approximation, we study the superconducting gaps in Fe-based compound using two-band model. We find that our results are consistent with the previous work that concludes sign-reversal extended s-wave pairings between different Fermi surface sheets. The different superconducting gap magnitude around different Fermi surface sheets is probably due to the different density of states on them. This calculation can give insight to the recent angle-resolved photoemission (ARPES) experiments on these materials. To detect the phase variation of the superconducting gap over the Fermi surfaces, we propose a new method for measuring the particular wave vector phonon linewidth. In the case of the sign-reversal superconducting pairing, the linewidth shows continuities compared to the case of no phase variation.     

铁基超导1111体系CaFeAsF的单晶生长和物性研究

自2008年发现铁基高温超导以来,人们对该体系的材料探索和物理性质开展了广泛而深入的研究.然而,作为最早被发现并且体材料中临界转变温度最高的一大类材料, 1111体系长期以来一直缺乏大尺寸高质量的单晶样品,这严重制约了对这一材料体系相关物理问题的深入研究.最近几年,氟基的1111体系材料CaFeAsF的单晶生长取得了较大进展:以CaAs作为助熔剂,在常压下成功地生长出了毫米尺寸高质量的CaFeAsF母体以及Co掺杂的超导体单晶;在此基础上,多个研究组利用不同实验手段对该体系的物理性质进行了研究,并得到了一些比较重要的结果.本综述对该方向的进展进行初步总结,内容涵盖晶体生长、各向异性、强场下的磁阻、磁力矩、红外光谱、高压调控、量子振荡等内容.     

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.     

实用化超导材料研究进展与展望

超导技术是21世纪具有重大经济和战略意义的高新技术,在国民经济诸多领域具有广阔的应用前景,如在超导弱电应用中的超导量子干涉器、滤波器;在超导强电应用中的电缆、限流器、电机、储能系统、变压器、磁体技术、医疗核磁共振成像、高能物理实验和高速交通输运等。实用化超导材料是超导技术发展的基础。目前,国际上发现的实用化超导材料主要有低温超导线材、铋系高温超导带材、YBCO涂层导体、MgB₂线带材以及新型铁基超导线带材。文章在简要介绍超导材料发展历程的基础上,重点综述了上述实用化超导材料制备及加工、性能和应用方面的最新研究进展,并对相关领域存在的问题及今后的发展作出展望。     

铁基超导体Fe1+yTe1-xSex中磁性的中子散射研究

本文对本研究组主要的研究领域——利用中子散射研究铁基超导体系Fe_1+yTe_1-xSe_x中磁性与超导的相互作用进行简要综述. Fe_1+yTe_1-xSe_x具有和其他铁基、铜基超导体相似的相图——母相Fe_1+yTe是反铁磁体, 随着Se掺杂的增加, 母相的反铁磁序受到抑制, 随后在x～30%处体超导出现, 在x～50%处达到最佳掺杂, 此时超导转变温度T_c～ 15 K, 达到整个体系在常压下的T_c最大值. 它们的相图又存在着差别: 在相图末端, 即当Se掺杂达100%时, Fe_1+ySe 仍然超导, T_c～8 K. 该体系母相磁有序的面内波矢大致为(0.5,0) (采用每个原胞含2个铁原子的四方结构), 随着Se含量的增加, 在超导逐渐发展的同时, 磁激发谱的谱重被逐渐转移到波矢为(0.5,0.5) 处. (0.5,0.5) 处在温度低于T_c 时出现中子-自旋共振峰. 施加外磁场后, 超导受到抑制, 该共振峰也被压制. 从这些实验结果我们得到以下的结论: 在这个体系中磁性和超导紧密耦合在一起——(0.5,0) 处的静态磁有序与超导互相竞争, (0.5,0.5) 附近的自旋激发则可能对超导电性的形成具有重要的促进作用. 本文还将简要讨论磁性的来源和3d 过渡金属的替代效应.