新型铁基超导体专题
编者按 自日本科学家在具有层状结构的铁基化合 物 中 发 现 超 导 电 性 以 来 ， 由 于 其 较 高 的 转 变 温 度， 物理上与铜 基超导体既有相似之处 ， 又有新的特点 ， 在国际上迅速掀起了铁基超导研究热潮 ． 我国科学家在这一研究领域取得 了若干突破性进展 ， 本刊曾于 ２ 近期铁基超导体的研究 ０ ０ ９ 年邀请部分国内科学 家 进 行 过 专 题 报 道 （ ３ ８卷， ９期） ． 仍是方兴未艾 ， 新材料 、 新现象和新理论不断涌现 ． 为 此， 本刊再次组织国内部分科学家就铁基超导体若干方面的 以期反映当前这一领域的研究状况 ． 最新进展撰写了 ５ 篇综述性报道 ，
该转变温度大大 的Ｆ ｅ Ａ ｓ ４ 四面体趋近于正四面体 ， 超过了 Ｂ 进一步对超导电子相 Ｃ Ｓ 理论预测的极限 ． 图所做的研究表明 ， 铁基超导体与铜氧化物超导体 具有类似的特点 ： 超导均出现在母相掺杂的基础上 ， 超导转变 温 度 随 掺 杂 量 的 变 化 关 系 呈 现 圆 顶 状 曲 母相都是反铁磁材料 ； 超导的出现都伴随着强的 线； 自旋涨落等等 ． 但 是， 二 者 也 存 在 明 显 的 差 异： 铜氧 ） ， 化物超导体的母相为 莫 特 绝 缘 体 （ Ｍ ｏ ｔ ｔ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ） ； 而铁基超导体的母相则 为 差 的 金 属 态 （ ｂ ａ ｄ ｍ ｅ ｔ ａ ｌ 前者在欠掺杂区域 存 在 赝 能 隙 ， 后者到目前还没有 观察到赝能隙的存在等等 ． 本文 将 以 层 间 耦 合 较 弱 且 具 有 特 殊 性 质 的 简单介绍我们研究组在 新 型 Ｆ ｅ Ｓ ｅ层状材料为对象 ，
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｈ ｉ ｓ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｏ ｆ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ Ｆ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｓ ｕ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ．Ｗ ｅ ｒ ｅ ｏ ｒ ｔ ａ ｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ｒ ｏ ｒ ｅ ｓ ｓ Ｔ ｙ ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ ｇ － ｎ ｅ ｗ Ｆ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｓ ｕ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｋ Ｆ ｅ Ｓ ｅ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｗ ａ ｓ ｓ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｃ ａ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｌ ｋ ａ ｌ ｉ ｅ ｔ ａ ｌ Ｋ ｉ ｎ ｔ ｏ ａ ｐ ｙ ｙ ｇ ０． ８ １． ７ ２， － －ｍ ， Ｆ ｅ Ｓ ｅ ｌ ａ ｅ ｒ ｓ ． Ｉ ｔ ｓ ｓ ｕ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｎ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｍ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ３ ０ Ｋ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｈ ｅ ｓ ｔ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ａ ｔ ａ ｍ ｂ ｉ ｅ ｎ ｔ ｙ ｐ ｇ ｐ ｇ ， ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ａ ｍ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｆ ｅ Ｓ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ．Ｍ ｅ ａ ｎ ｗ ｈ ｉ ｌ ｅ ａ ｓ ｕ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｎ ｈ ａ ｓ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ａ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｍ ｅ ｒ ａ ｐ ｇ ｐ ｇ ｐ ｐ － － ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ４ ３ Ｋａ ｌ ｓ ｏ ｅ ｍ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｂ ｕ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｏ ｒ ｔ ｔ ｏ ｍ ａ ｋ ｅ ａ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｍ ｌ ｅ ｃ ｏ ｍ ｏ ｓ ｅ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｓ ４ ３ Ｋｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｇ ｙ ｐ ｐ ｐ ，ｔ ｎ ｏ ｔ ｅ ｔ ｂ ｅ ｅ ｎ ｓ ｕ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｆ ｕ ｌ ．Ｆ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ｏ ｒ ｅ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ Ｃ ｏ ｄ ｏ ｉ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｉ ｎ ｈ ａ ｓ ｙ ｇ ｐ ｇ ｐ ｇ － ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｉ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｒ ｅ ｏ ｒ ｔ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｍ ａ ｈ ａ ｖ ｅ ｉ ｍ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｉ ｍ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｐ ｙ ｐ ｐ ｇ ｐ － ｉ ｎ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｌ ｏ ｒ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｎ ｅ ｗ Ｆ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｓ ｕ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ． ｇ ｐ ｇ ｐ － ， ， Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｌ ａ ｅ ｒ ｅ ｄ ｃ ｏ ｍ ｏ ｕ ｎ ｄ ｓ ａ ｌ ｋ ａ ｌ ｉ ｅ ｔ ａ ｌ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｃ ａ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｆ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｓ ｕ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｙ ｐ ｐ ｙ －ｍ －
１］ ， 变［ 这一突破性 成 果 立 刻 引 发 了 人 们 对 该 体 系 的
强烈关注 ． 随后国内 外 许 多 研 究 组 相 继 报 道 了 一 系 列具有超导电性的 层 状 铁 基 化 合 物 ， 此类材料被统 目前 ， 根据母体化合物的成分和晶 称为铁基超导体 ． 体结构 ， 大致可以将 铁 基 超 导 体 分 为 以 下 ４ 个 体 系 （ ： （ “ 对应的晶体结 构 示 意 图 见 图 １） 体 系， １） １ １ １ １” ， ， ， ， ， 成员包括 Ｌ ｎ Ｏ Ｆ ｅ Ｐ ｎ（ Ｌ ｎ＝Ｌ ａ Ｃ ｅ Ｐ ｒ Ｎ ｄ Ｓ ｍ， Ｇ ｄ ， ， ， ） ， 以 及 ＡＦ Ｔ ｂ Ｄ Ｈ ｏ Ｙ； Ｐ ｎ＝Ｐ， Ａ ｓ ｅ Ａ ｓ Ｆ（ Ａ ＝Ｃ ａ ｙ ［ ２］ ） ／ 等化合物 ， 空间群为 Ｐ 具有 Ｃ Ｓ ｒ ４ ｎ ｍｍ， ｕ Ｈ ｆ Ｓ ｉ ２
Ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ Ｆ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｓ ｕ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ － ｐ ｐ
１ １ １ １ ＧＵＯ Ｊ ｉ ａ ｎ ａ ｎ Ｉ Ｎ Ｓ ｈ ｉ Ｆ ｅ ｎ Ｇ Ｇ ａ ｎ Ｇ Ｓ ｈ ｕ ｎ Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ Ｊ ｇ ＷＡＮ ｇ ＷＡＮ ｇ －Ｇ － － １ １ １ ２ １ Ｚ ＨＵ Ｋ ａ ｉ Ｘ ｉ ｎ ＨＯＵ Ｔ ｉ ｎ Ｔ ｉ ｎ Ａ Ｉ ｉ ａ ｏ Ｆ ａ ｎ Ｍ ｅ ｎ Ｎ Ｘ ｉ ａ ｏ Ｌ ｏ ｎ Ｘ ｇ Ｚ ｇ ｇ Ｌ ｇ ＨＥ ｇ ＣＨＥ ｇ － － － － ，
１ 引言
日本东京工业大学的 Ｈ ２ ０ ０ ６—２ ０ ０ ７年， ｏ ｓ ｏ ｎ ｏ 研究组分别报道了 Ｌ ａ Ｆ ｅ Ｐ Ｏ 和Ｌ ａ Ｎ ｉ Ｐ Ｏ 体系的超导
·５ １ ０·
） 批准号 ： 资助项目 ９ ０ ９ ２ ２ ０ ３ ７； ５ １ ０ ７ ２ ２ ２ ６ ＊ 国家自然科学基金 （ ２ ０ １ １－０ ７－０ ５ 收到 ： Ｅｍ ａ ｉ ｌ ｃ ｈ ｅ ｎ ｘ ２ ９＠ａ ｈ ． ｉ ｈ ． ａ ｃ ． ｃ ｎ 通讯联系人 ． ｐ ｙ ｐ ｙ
Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ Ｐ ｈ ｓ ｉ ｃ ｓ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｏ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ， Ｂ ｅ ｉ ｉ ｎ ０ ０ １ ９ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） ｆ ｙ ｙ ｆ ｊ ｇ１
（ ２ Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｏ ｒ Ｎ ａ ｎ ｏ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｂ ｅ ｉ ｉ ｎ ０ ０ １ ９ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） ｆ ｇ ｙ， ｊ ｇ１
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新型铁基超导体专题 ， 电性 ， 但因其 超 导 转 变 温 度 Ｔｃ 较 低 （ 当时 ２—７ Ｋ） 并未引起人们 的 广 泛 重 视 ． 该小组报 ２ ０ ０ ８ 年 ２ 月， 道在 Ｌ ａ Ｆ ｅ Ａ ｓ Ｏ 体系中发现了高达２ ６ Ｋ 的超导转
＋ 型晶 体 结 构 ， 该体系是由（ 层与反萤石型 Ｌ ｎ Ｏ） － （ （ “ 层沿 晶 体 学 ｃ 轴 交 替 堆 垛 而 成 ； Ｆ ｅ Ｐ ｎ） ２） １ ２ ２” ， （ ， ， ， ， ， 体系 成员包括 ＡＦ ｅ ｓ ａＳ ｒＫ Ｃ ｓＣ ａＥ ｕ） ２Ａ ２ Ａ＝Ｂ ３］ ， ／ 等［ 空 间 群 为Ｉ 具有 Ｔ ４ ｍｍｍ， ｈ Ｃ ｒ Ｓ ｉ ２ ２ 型晶体结 － ） 构， 该体系由 Ａ 离子层与 反 萤 石 层 （ 沿晶体 Ｆ ｅ Ａ ｓ
新型铁基超导体材料的研究进展 ＊
郭建刚１ 金士锋１ 王 刚１ 王顺冲１ 朱开兴１ 周婷婷１ 赖晓芳１ 贺 蒙２ 陈小龙１， （ ） １ 中国科学院物理研究所 北京凝聚态物理国家实验室 功能晶体研究与应用中心 北京 １ ０ ０ １ ９ ０ ） （ ２ 国家纳米科学中心 北京 １ ０ ０ １ ９ ０
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
摘 要 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 Ｆ ｅ Ｓ ｅ层 状 材 料 插 层的方法 ， 得到了 一 种 新 型 的 铁 基 超 导 体 Ｋ 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 ｅ Ｓ ｅ ０． ８Ｆ １． ７ ２， 这是 Ｆ 同 时， 观察到该体系中存在转变温度为 物的超导转变温度达到 ３ ０ Ｋ， ｅ Ｓ ｅ体系 在 常 压 下 的 最 高 超 导 转 变 温 度 ． 但未得到纯相 ． 通过磁性 元 素 Ｃ 进一步加深了对 Ｋ ４ ３ Ｋ 的超导相 ， ｏ的 掺 杂 研 究， ｅ ｅ ０． ８Ｆ １． ７Ｓ ２ 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 ． 关键词 层状化合物 ， 碱金属插层 ， 铁基超导材料