封面故事

打破超导体里的库珀对的磁激发在超导能隙附近生成一对博戈留波夫准粒子.当库珀对的对称性要求轨道波函数在费米面上改变符号时,对应于库珀对里电子的相对动量处的磁激发强度趋于发散,形成非常规超导体磁激发谱的所谓自旋共振峰．磁激发谱可由非弹性中子散射实验直接观测．     

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。     

CrAs——第一个Cr基化合物超导体的发现

非常规超导体自发现以来便引起了凝聚态物理学家的广泛兴趣,诸如重费米子超导体,铜基高温超导体和铁基高温超导体等。这类超导体的一个基本特征是,当长程反铁磁序被抑制时会出现超导现象。而要破坏长程磁有序,除了掺杂不同元素以引入电荷载流子或者化学压力外,物理加压也是一种有效的调控手段。文章将介绍第一个Cr基化合物超导体——CrAs单晶通过物理加压首次实现超导电性的过程。当压力为8 kbar时,超导临界温度出现在2K,这时发生在常压下265 K的一级反铁磁相变被完全压制。在CrAs体系中,超导与反铁磁序之间的竞争关系说明CrAs是非常规超导体。CrAs的超导也为发现新型超导体打开了一扇大门。     

利用中子散射研究铁基超导体的磁结构

铁基超导材料的高温超导电性发生在反铁磁不稳定的区域,因此其母体的磁结构获得了广泛而深入的研究。文章简要综述了中子散射对铁基超导体磁结构的研究结果,主要按FeAs基和FeSe基两类材料进行介绍。另外,文章还介绍了掺杂导致超导时对一些体系的反铁磁序的影响。     

重费米子超导理论和材料研究进展

重费米子超导体是一类典型的强关联和非常规超导系统,超导的产生与量子临界涨落有着紧密的关系.在实际材料中,不同结构体系的重费米子超导体往往表现出非常不同的竞争序和超导性质,表明f电子的行为对材料的结构特征具有敏感依赖性.特别是最近几年的超导实验研究,表明具体材料的实际电子结构对重费米子超导的性质具有重要影响.本文将简要介...     

铁基超导体中的反铁磁序和自旋动力学

类似于其他非常规超导材料,铁基高温超导电性通常出现在静态长程反铁磁序被抑制之后,并且强烈的自旋涨落始终与超导电性相伴相生,因此理解磁性相互作用是建立铁基超导微观机理的重要前提.中子散射作为研究凝聚态物质中磁性相互作用的有力工具,在揭示铁基超导电性的磁性起源方面起到了关键作用.本文系统总结了近十年来铁基超导材料的中子散射研究结果,包括铁基超导材料中的静态磁结构、磁性相变、动态磁激发、电子向列相等,并探讨它们与超导电性之间的关系.     

高温超导体电子结构和超导机理的角分辨光电子能谱研究

超导是一种奇异的宏观量子现象.100多年来,已发现的超导体主要分为两类:以金属或者合金为代表的常规超导体以及以铜氧化物和铁基高温超导体为代表的非常规超导体.常规超导体的超导机理能被BCS超导理论完美解释,但高温超导体的超导机理至今仍未达成共识,已经成为凝聚态物理领域中长期争论且充满挑战的重大科学问题.从实验上揭示非常规超导材料的微观电子结构,是理解其奇异正常态和超导电性机理、建立新理论的前提和基础.角分辨光电子能谱技术,由于可以实现对材料中电子的能量、动量和自旋的直接测量,在高温超导研究中发挥了重要的作用.本文综述了我们利用角分辨光电子能谱技术在铜氧化物和铁基高温超导体电子结构和超导机理研究中取得的一些进展,主要包括母体的电子结构、正常态的非费米液体行为、超导态的能带和超导能隙结构以及多体相互作用等.这些结果为理解铜氧化物和铁基高温超导体的物性及超导机理提供了重要的信息.     

强关联电子系统超导电性的高压研究

具有强关联电子特性的凝聚态系统中,电子间的强关联性主导系统的宏观量子特性。这类系统具有电荷、自旋、轨道、晶格及拓扑等多重自由度,这些自由度强烈耦合,产生复杂的多体相互作用,导致系统出现丰富奇异的量子现象,如非常规超导电性、庞磁电阻、金属-绝缘体转变、拓扑量子相变等。其中,非常规超导体的研究于近几十年取得了不少进展,例如发现了铜氧化物高温超导电性和铁基超导体,然而导致非常规超导电性的原因,尤其是对高温超导电性的机理认识目前尚不清楚,非常规超导机理一直是凝聚态物理研究领域中最具挑战性的问题之一。为此,简要介绍了近年来我们通过高压实验手段在重费米子超导体、铜氧化物超导体和铁基超导体这3类主要的非常规超导体研究中取得的进展、发现的新现象以及反映的新物理机理,包括磁性和超导电性的演化关系、价态变化对超导电性的影响、铜氧化物的普适压力相图等,旨在提供非常规超导体在高压研究方面的一些实验新进展,以期为更好地理解非常规超导的微观机理提供压力维度下的一些信息。     

Pb-Sb合金脱溶过程对超导临界特性的影响

1961年Kunzler等人发现:Nb_3Sn,Nb-Zr等超导体在强磁场中临界电流密度jc仍然很大,可供制备获得强场的超导体磁体使用。 Mendelssohn曾将硬超导体临界磁场的增大,归源于样品内部存在尺寸很小的超导“系”。Kunzler将超导“系”和位错线联系起来,并且认为,他所观察到的高jc值是由于样品内部位错线密度很大。另一方面,却又把硬超导体当作均匀介质处理,他从理论出发,用负界面能效应来解释超导合金的反常磁行为。     

高温超导体的磁激发:探寻不同体系铜氧化合物的共同特征

文章回顾了中子散射在高温超导铜氧化合物磁激发研究中的最新进展．自从铜氧化合物在20年前被发现以后，理解它们超导电性的微观来源一直是凝聚态物理中的核心课题．在传统超导体中，使得电子成对形成超导态的相互作用是以晶格振动（声子）为媒介的、而对于铜氧化合物的超导机理，人们通常认为磁激发可能起到根本的作用，因为超导电性是在可移动的“电子”或“空穴”掺杂到反铁磁母体化合物之后才发生的．文章总结了过去20年来利用非弹性中子散射研究磁激发的关键结果和现状，并指出了将来可能的研究方向．     

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.     

超导与自旋涨落

在常规超导体中,库珀对是由于电子与声子之间的相互作用而形成的.在此过程中,人们可以只考虑电子的电荷性质与声子之间的关联.然而在所谓的非常规超导体中,人们意识到一些其他类型的元激发也可能导致超导现象,而自旋涨落则可能是其中最重要的一种.在大多数非常规超导体中,都可以发现自旋涨落的身影.而在一些重要的体系中,包括铜基超导体、铁基超导体以及一些重费米子超导体体系等,可以确切地说,自旋涨落起到了关键的作用,尽管其相对应的超导机制仍然还不清楚.文章简单介绍了自旋涨落与超导电性之间的关联.     

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.     

自旋涨落与非常规超导配对

铜氧化物高温超导、铁基高温超导、重费米子超导和κ-型层状有机超导等超导体的超导态都与磁性有序态相邻,且超导能隙在动量空间一般存在变号.因此,这些超导体的超导机理被认为有别于常规BCS超导中的电子交换声子导致的各向同性s-波配对.在这些非常规超导中,自旋涨落被认为是导致电子形成库珀对的主要起源之一.本文主要以铜基和铁基高...     

封面故事

铁基超导体与拓扑绝缘体是当前凝聚态物理研究的热点。铁基超导体是非常规超导体,不同于传统的电声耦合机制的BCS超导体,其超导配对机制的解释仍然是凝聚态物理理论的一个难点。在拓扑绝缘体这类材料中,由于能带的反转,体态仍然保持绝缘态,但是在表面或者边界上存在着导电的金属态。超导体与拓扑绝缘体的结合被认为是实现拓扑超导体和Majorana费米子的一个非常有希望     

非理想第二类超导体局域磁弛豫的计算模拟：非均匀钉扎势和表面势垒影响

从热激活模型出发,对非理想第二类超导的局域磁行为进行了计算模拟.讨论了超导体体内非均匀钉扎势和表面势垒对局域磁通运动的影响.计算结果表明,体内非均匀钉扎势对磁通线的运动产生大的阻碍,表面势垒明显抑制了磁通线的进入和离开样品.相对于样品的平均磁弛豫行为和平均磁滞回线,非均匀钉扎以及扫场速率的差异更强地显示在样品的局域磁行为. 关键词： 非理想第二类超导体 局域磁弛豫 非均匀钉扎 表面势叠     

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.     

重费米子超导与竞争序

与其他非常规超导系列相比, 重费米子超导体往往具有丰富多样的竞争序, 超导与各种竞争序相伴而生, 电子配对与反铁磁涨落、铁磁涨落、价态涨落、电四极矩涨落等量子临界涨落密切相关, 扩充了非常规超导的研究内容. 重费米子材料中的f电子往往同时参与超导与各种竞争序的形成, 表现出局域与巡游的二重性. 重费米子二流体理论为理解重费米子超导与竞争序的关系提供了新的思路.     

超导体/铁磁体绝缘层-超导体隧道结的直流Josephson效应

在超导体铁磁体绝缘层超导体结(SFIS)中,运用BogoliubovdeGennes(BdG)方程和FurusakiTsukada(FT)电流公式,计算铁磁超导共存态的自洽方程和SFIS结中的直流Josephson电流.研究表明,铁磁超导态的磁交换能h对准粒子的Andreev反射有抑制作用,使得SFIS结中的直流Josephson电流随铁磁超导共存态的磁交换能h增大而减弱 关键词： S/F-I-S结 铁磁超导态 直流Josephson电流     

电子型最佳掺杂高温超导体Nd1.85Ce0.15CuO4-δ中的磁激发谱

文章作者用非弹性中子散射探测了电子型最佳掺杂高温超导体Nd1.85Ce0.15CuO4-δ(Tc=25K)的磁激发谱.当样品的温度从正常态逐渐降低至超导态时,在以波矢Q=(π,,π0)为中心的区域,系统打开了一个小于4m eV的自旋隙,与此同时,在9.5m eV附近出现了一个"中子-自旋磁共振峰",并且"共振峰"的强度随温度的变化关系类似于超导序参量在超导相变发生时的变化,这一点与以前发现的各种空穴型超导体以及电子型超导体Pr0.88LaCe0.12CuO4中的"共振峰"的性质极为相似.因此可以说明"共振峰"是所有高温超导体的共性,并且对高温超导电性的形成有着非常关键的作用.