2015年2月（上）铁基超导材料研究进展郭巧琴（西安工业大学材料与化工学院，陕西西安７１００３２）［摘要］本文首先对铁基超导体的发现历史进行了阐述，接着对不同结构体系的铁基超导材料的研究进展进行了详细论述。

最后对铁基超导材料进行了总结与展望。

［关键词］铁基超导体；晶格结构；高温超导电性；晶体生长超导是某些物质在一定温度条件下（一般为较低温度）电阻降为零的性质。

人们把处于超导状态的导体称之为“超导体”。

１９１１年，ＨｅｉｋｅＫａｍｍｅｒｌｉｎｇｈＯｎｎｅｓ发现当温度降至０ｋ时，金属汞的电阻降到４．２ｋ［１￣２］。

同时发现其他金属也有相似现象，从此超导研究开始了。

超导材料可分为传统超导和非传统超导。

随后，重费米子超导体，铜基超导体，有机超导体和铁基超导体先后被发现。

１９８６年，铜氧化高温导体的发现促使了超导材料的研究。

２００８年２月底，日本东京工业大学Ｈｏｓｏｎｏ教授领导的研究小组报道在铁基层状化合物ＬａＦｅＡｓＯ中通过Ｆ掺杂发现了高达２６Ｋ的超导电性。

这引发了凝聚态物理界对超导的关注。

铁基超导体的研究和发现已被美国《Ｓｃｉｅｎｃｅ》杂志评为２００８年世界十大科技进展之一［３］。

1铁基超导研究进展与铜基超导材料不同，铁有５个３ｄ轨道，且均在费米能级周围，未掺杂铁基超导体具有抗磁性，这一点与铜基超导体也不同。

最初发现的ＬａＦｅＡｓＯ铁基高温超导材料具有四方相层状结构，和ＺｒＣｕＳｉＡｓ结构相似。

但是，由于铁基超导体超导转变温度较低，人们并未广泛关注。

直至二零零八年二月，Ｔｃ为２６Ｋ的ＬａＦｅＡｓＯ１－ｘＦｘ才被人们发现。

之后，用其他稀土元素，包括从Ｃｅ￣Ｓｍ的所有轻稀土元素，以及Ｇｄ，Ｔｂ和Ｄｙ等重稀土元素，均可完全替换掉Ｌａ，便可得到Ｔｃ在５０～５６Ｋ的超导体。

近年来探索铁基超导新材料领域的主要研究工作是氟基系列母体如ＡＥＦｅＡｓＦ的发现。

二零零八年十月日本Ｈｏｓｏｎｏ课题组报道了Ｔｃ＝２２Ｋ的超导体ＣａＦｅ１－ｘＣｏｘＡｓＦ［４］。

几乎同一时间，中国科学研究院物理研究所闻海虎课题研究小组也独立报道了发现ＡＥＦｅＡｓＦ系列母体。

该研究组通过稀土元素在ＡＥ位上的取代，合成了一系列新的具有高临界温度的铁基超导体材料。

闻海虎等人通过在ＬａＦｅＡｓＯ中，利用＋２价的Ｓｒ离子部分取代＋３价的Ｌａ离子，在ＬａＦｅＡｓＯ１－ｘＦｘ中发现了Ｔｃ＝２５Ｋ的超导电性。

沿着这个研究思路，人们逐渐发现了Ｐｒ１－ｘＳｒｘＦｅＡｓＯ与Ｎｄ１－ｘＳｒｘＦｅＡｓＯ等空穴型铁基超导体［５］。

基于ＬｎＭＰｎＯ母体的铁基超导体（又名为ＦｅＡｓ－１１１１相结构）的发现，使人们对逐渐对ＦｅＡｓ层对于高温超导电性的重要性有了新的认识。

中国科学研究院物理研究所王楠林课题组和闻海虎课题组分别地进行了新型ＬａＦｅＡｓＯＦ铁基超导体材料输运性质测量研究［６］。

目前，多种不同结构体系的铁基超导体已经被开发研究出来，其主要体系有ＲｅＦｅＡｓＯ（１１１１体系）、ＬｉＦｅＡｓ或ＮａＦｅＡｓ（１１１体系）、ＡＦｅ２Ａｓ２（１２２体系）等。

在已知道的１２２和１１１１体系，层间耦合的强弱，决定了未掺杂的母体均发生反铁磁自旋密度波（ＳＤＷ）相变和结构相变的先后次序。

封东来等通过对ＫｘＦｅ２Ｓｅ２进行各种本地和同步辐射实验测试，终于获得了完整的电子结构，并且测得了各向同性的ｓ波超导能隙［７］。

令人惊奇的是，这种材料的电子结构和以往的铁基超导体完全不同：整个费米面没有空穴，而只存在电子。

封东来教授课题组的这一研究发现意味着，ＫｘＦｅ２Ｓｅ２这种新的铁基超导体的配对机制及超导对称性都与其他已知铁基超导体不同，之前建立的铁基超导体的普遍图像将可能遭到颠覆。

陈仙辉等人利用ＦｅＡｓ自助熔剂法合成制备了新的１２２母体单晶材料ＥｕＦｅ２Ａｓ２，并对Ｅｕ位的Ｌａ掺杂单晶材料进行了制备生长。

之后，比较系统地测试了Ｌａ掺杂ＥｕＦｅ２Ａｓ２单晶材料在不同磁场中的磁化率、电阻率和比热，研究结果发现Ｅｕ２＋的磁性子的晶格具有变磁性，在一定的磁场中会发生Ａ型反铁磁性到铁磁性的转变。

随磁场强度增加，比热波动被控制，并且向低温方向转移，到达临界磁场强度后继续增强磁场，比热峰继而向高温方向漂移，该行为可导致变磁性。

在反铁磁态时，磁化率拥有有与ＳＤＷ相同的两度对称性，但是在铁磁态时，该两度对称磁化率行为将消失；此外，当ＳＤＷ随镧掺杂被压制时，铁磁态更易在磁场下形成。

由此，便提出了各向异性的交换模型来理解实验现象。

最后给出了ｘ＝０和０．１５单晶样品的详细的Ｈ－Ｔ相图和可能的磁结构［８］。

美国能源部橡树岭国家实验室的Ｓｉｎｇｈ等人对ＦｅＳｅ、ＦｅＳ和ＦｅＴｅ的电子结构、费米面、声子谱、磁性、电声耦合等进行了等密度泛函计算研究，提出掺杂的ＦｅＴｅ和Ｆｅ（Ｓｅ，Ｔｅ）都可能具有超导电性，特别是ＦｅＴｅ的自旋密度波具有更强的稳定性，因此掺杂的ＦｅＴｅ可能会拥有比ＦｅＳｅ更高的临界温度。

美国杜兰大学Ｍａｏ领导的研究小组制备出Ｆｅ（Ｓｅ１ｘＴｅｘ）０．８２系列多晶样品，发现０≤ｘ＜０．１５和０．３＜ｘ＜１．０两种超导相，在０．１５≤ｘ≤０．３范围内，两种超导相共存，在０．３＜ｘ＜１．０范围内，常压Ｔｃ最高可以达到１４Ｋ。

更为重要的是，研究发现只有当样品变为ＦｅＴｅ０．８２时，超导现象才会被抑制［９，１０］。

Ｔａｋａｎｏ小组宣布用固相反应法成功合成了新型铁基超导材料ＦｅＴｅ１－ｘＳｘ（ｘ＝０．１，０．２）。

研究结果显示，Ｓ取代效应抑制了母体ＦｅＴｅ在８０Ｋ时结构相的转变，这成为ＦｅＴｅ１－ｘＳｘ实现超导体的关键所在。

王楠林课题组借助Ｂｒｉｄｇｍａｎ法生长出Ｆｅ１．０５Ｔｅ和Ｆｅ１．０３Ｓｅ０．３０Ｔｅ０．７０单晶样品，并开展了细致的物性研究工作，揭示出额外铁离子对其性质的重要影响。

2总结与展望铁基超导体具有高的、非常规的上临界场和较小的各向异性，并且相对铜氧化物超导体具有更大的想干长度，这些导致这类材料具有很大的应用潜力。

就机理而言，反铁磁涨落对超导是否有直接影响非常重要。

所有欠掺杂的铁基超导材料反铁磁序是非常值得研究人员所探索的。

阐明超导机理、费米面的形态以及其随掺杂的演化规律均可从单晶样品上获得可靠数据。

具有更高Ｔｃ的新超导体的发现可以从空穴掺杂、新结构或者多层的思路去探索研究。

铁基超导材料研究正在持续升温，新的发现层出不穷。

我国科研机构，特别是中国科学院，开展了卓有成效的研究工作，在以新型铁基超导体研究为核心的新一轮高温超导材料研究热潮２６TECHNOLOGY WIND中占据了重要位置。

总体来看，铁基超导材料研究还处于起步阶段，许多问题还都有待科学家们进一步去探索与研究。

相信随着超导理论的不断深入研究，铁基超导材料都会取得更进一步的发展。

基金项目：陕西省西安市科技计划项目（ＣＸＹ１４４２（２））；陕西省自然科学基础研究计划项目（２０１４ＪＱ２－５０２７）。

作者简介：郭巧琴，１９７９年生，女，陕西西安人，讲师，研究方向为功能材料及表面处理。

[参考文献］［１］ＰｅｒｄｅｗＪＰ，ＢｕｒｋｅＫ，ＥｒｎｚｅｒｈｏｆＭ．Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｇｒａｄｉｅｎｔａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎｍａｄｅｓｉｍｐｌｅ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＬｅｔｔ，１９９６．［２］ＱｕｅｂｅＰ，ＴｅｒｂｕｃｈｔｅＬＪ，ＪｅｉｔｓｃｈｋｏＷ．Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙｒａｒｅｅａｒｔｈｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｍｅｔａｌａｒ－ｓｅｎｉｄｅｏｘｉｄｅｓＲＴＡｓＯ（Ｔ＝Ｆｅ，Ｒｕ，Ｃｏ）ｗｉｔｈＺｒＣｕＳｉＡｓｔｙｐｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ＪＡｌｌｏｙｓＣｏｍｐ，２０００．［３］ＫａｍｉｈａｒａＹ，ＨｉｒａｍａｔｓｕＨ，ＨｉｒａｎｏＭ．Ｉｒｏｎ－ｂａｓｅｄｌａｙｅｒｅｄｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＬａＯＦｅＰ．ＪＡｍＣｈｅｍＳｏｃ，２００６．［４］ＷａｔａｎａｂｅＴ，ＹａｎａｇｉＨ，ＫａｍｉｙａＴ，ｅｔａｌ．Ｎｉｃｋｅｌ－ｂａｓｅｄｏｘｙｐｈｏｓｐｈｉｄｅｓｕｐｅｒｃｏｎ－ｄｕｃｔｏｒｗｉｔｈａｌａｙｅｒｅｄｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＬａＮｉＯＰ．ＩｎｏｒｇＣｈｅｍ，２００７．［５］丁力．铁基高温超导体的比热和极低温热输运性质研究［Ｄ］．上海复旦大学，２０１０．［６］ＳｅｆａｔＡＳ，ＪｉｎＲＹ，ＭｃＧｕｉｒｅＭＡ，ｅｔａｌ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｔ２２ＫｉｎＣｏ－ｄｏｐｅｄＢａＦｅ２Ａｓ２ｃｒｙｓｔａｌ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＬｅｔｔ，２００８．［７］麻焕锋．铁基材料物性的第一性原理计算学位论文［Ｄ］．西南交通大学，２０１０．［８］ＢｏｅｒｉＬ，ＤｏｌｇｏｖＯＶ，ＧｏｌｕｂｏＶＡＡ．ＩｓＬａＦｅＡｓＯ１－ｘＦｘａｎｅｌｅｃｔｒｏｎ－ｐｈｏｎｏｎｓｕ－ｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＬｅｔｔ，２００８．［９］ＹｉｌｄｉｒｉｍＴ．ＳｔｒｏｎｇｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｔｈｅＦｅ－ｓｐｉｎｓｔａｔｅａｎｄｔｈｅＡｓ－Ａｓｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎｉｎｉｒｏｎ－ｐｎｉｃｔｉｄｅｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓｆｒｏｍｆｉｒｓｔ－ｐｒｉｎｃｉ－ｐｌｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＬｅｔｔ，２００９．［１０］徐静涛．铜氧化物高温超导体空穴补偿效应和Ａ位平均离子半径效应研究［Ｄ］．中国科学技术大学，２００９．（上接第１９页）３．３组建通信保障专业队伍通信技术是一项专业性很强的科学技术，应急通信系统中的通信保障工作也需要由专业人员负责和完成，因此在消防部门建立高水平的统一的应急通信系统，配备了专业的通信设备后，还需要由专业的人员进行操作，才能真正有效的发挥应急通信的功能，笔者认为有必要在消防单位建立一直专门负责通信保障的队伍，安排专业人员进行操作。

３．４消防通信技术的改进措施消防救援中常用的通信就是超短波通信，在短距离的救援工作中能够有效的保障指挥通信，但是在大型灾害事故中这种超短波通信有时无法实现更广范围的救援，因此有必要增加超短波通信的配备，并制定更加简单有效的通话规则，以解决大型灾害事故现场的救援指挥工作。

除了超短波通信技术，还要积极的应用无线通信技术，无线通信技术在大型灾害事故现场的大范围救援通信、远距离指挥上具有简单高效的作用，受天气影响较小，容易操作，值得推广应用。

此外，还包括卫星通信技术、其他辅助通信技术的应用，在此不做一一赘述。

除了以上通信保障措施外，对于大型灾害事故，还有必要在现场建立消防指挥中心，实现复杂救援的安排、调度，以通信为保障进行高效的救援。

4结论综上所述，大型灾害事故现场的消防通信具有重要的作用，在保障消防通信方面要积极的建立应急通信系统，并加强通信系统的标准化和统一化，有效的保障在灾害事故发生时各单位和部门之间的高效联动，通过多样化的技术保障为灾害事故现场的通信做好技术支持和保障，以便应急通信系统的高效运行，为快速救援提供保障。