红外光谱在铁基超导材料研究中的应用

红外光谱作为一种体测量手段在非常规超导材料的研究中占有非常重要的地位。本文介绍傅立叶变换红外光谱的基本原理，用来测量固体材料绝对反射率的原位镀膜技术，数据分析中常用的方法和理论模型，以及如何利用该技术手段观测和研究铁基超导材料中的超导能隙，电子配对对称性，自旋密度波能隙，非费米液体行为，晶格振动模式，以及不同相之间的相互关系和不同激发之间的相互作用等超导研究中的重要问题。

四方相FeS超导体的高压调控研究

高压调控在提高铁基超导体的临界温度(T_(c))、揭示竞争电子序之间的联系以及超导机理等方面发挥了重要作用。大量的高压研究结果显示,不同的压力环境(静水压或非静水压)会造成材料物性的高压响应出现明显差异。目前,对四方相FeS超导体的高压研究结果仍存在分歧。为此,采用能够产生良好静水压环境的活塞-圆筒和六面砧压腔,详细测量了FeS单晶在0~11 GPa压力范围内的磁化率和电阻率,确认其T_(c)随压力升高而单调降低,压力系数dT_(c)/dp约为−1.5 K/GPa,即约3 GPa的压力可完全抑制超导。当FeS单晶在4~5 GPa发生四方-六角结构相变时,电阻率的温度依赖关系由金属行为转变为半导体行为,且电阻率随着压力升高而逐步增大,在11 GPa以内没有出现第2个超导相,因此不支持FeS在高压下具有两个超导相的结论。最后,结合微观晶体结构信息,对比讨论了等结构的FeSe和FeS的物性在高压下迥异响应的物理机制。

铁基超导体K_xFe_(2-y)Se_2的研究进展

自2008年在F掺杂的LaOFeAs化合物中发现高达26 K的超导电性后,高温超导研究迎来了新一轮热潮。随后一系列不同结构的铁基超导材料被发现,到目前为止,铁基超导体的最高临界温度记录为56 K。在2010年末,临界温度高达32 K的KxFe2-ySe2这一新的铁硫族超导体被发现。与其他铁磷族超导体相比,这个系统有着许多不同寻常的性质。角分辨光电子谱实验与能带结构计算都表明此材料在费米能附近没有空穴型费米面。这一性质强烈地挑战了被广为接受的S±超导配对图像:理论物理学家提出在铁基超导体中,电子在空穴型费米面与电子型费米面之间散射,通过交换反铁磁自旋涨落来达到超导配对。不久之后,在此材料中又确定了相分离的性质。其中一个主要的相是具有K2Fe4Se5结构的反铁磁绝缘相,另一个是少量的超导相。闻海虎小组最近的一篇论文认定了此材料的超导相以三维网络状的细丝形态存在,相关实验数据表明每8个Fe原子位置中存在1个空位,并由此提出超导的母体相是由Fe空位形成的槡槡8×10这种有序平行四边形结构组成。文章比较全面地介绍这一快速发展领域的研究进展,包括晶体生长与淬火处理,Fe空位有序与块反铁磁相,相分离与超导相的探索,配对对称性与能隙结构。最后列举了一些重要的问题,并且展望了将来的研究内容。

铁基超导体的扫描隧道显微镜研究进展

铁基高温超导体自2008年发现以来,对其超导电性的研究一直是一个热门的课题.扫描隧道显微镜能够在原子尺度进行表面形貌和隧道谱测量,从微观角度研究电子态密度的信息,是研究超导的重要谱学手段.近年来,在铁基超导电性方面,扫描隧道显微镜实验已经积累了一些有价值的结果,本文进行了总结介绍.铁基超导体是多带多超导能隙的超导体,不同材料的费米面结构有很大的变化.扫描隧道显微镜证明,同时有电子和空穴费米面最佳掺杂的铁基样品超导能隙结构是无节点并带有能隙符号变化的s~±波.而进一步的实验发现在没有空穴费米面的FeSe基超导体中也存在能隙符号的相反,对统一铁基超导体的配对对称性提供了重要实验证据.此外,扫描隧道显微镜在研究铁基超导体的电子向列相、浅能带特性、可能的拓扑特性方面,提供了重要的实验数据.本文对上述相关内容进行了总结,并做了相应分析和讨论.

铁基材料KxFe2-ySe2中一种可能的超导基态相K2Fe7Se8的发现

铁基超导体的发现开启了探索超导材料的新一轮热潮。最新发现的铁基超导体KxFe2-ySe2有着许多不同寻常的性质。此材料中明显存在相分离,材料中主要的部分是具有反铁磁性质的绝缘相K2Fe4Se5,超导相只占少量体积。但是超导相在物理上很重要,因为根据理论计算,该材料中不存在空穴型费米面,这样该领域中被广泛接受的S±配对图像似乎受到挑战。相分离的存在致使此材料中相关研究的难度非常大。该文介绍了此材料中超导相的探索和研究,确认了此材料的超导相是以三维网络状的细丝形态存在,并提出超导的母体相可能是每8个Fe位置有一个Fe空位形成的8×10这种有序平行四边形结构,称为K2Fe7Se8相。

镍氧化物超导研究--非常规高温超导研究的重要启示

最近几年,镍基氧化物超导材料方面的研究进展吸引了广大科研工作者的密切关注,其原因是镍基超导的母体RNi O2(R为稀土元素)与铜氧化物高温超导母体之一Ca Cu O2具有相似的晶体结构,而且其最外层轨道电子排布(3d^(9))与众多的铜氧化物超导体的母体相似。因此,对相关镍氧化物进行深入的探索和研究,可以帮助我们进一步理解非常规高温超导的物理起源。文章对近年来镍基超导材料的发展进行了概述,主要包括镍基薄膜中超导电性的发现;112相的晶体结构和电子结构;薄膜生长条件的优化及相关研究进展和相图。最后,对镍基超导材料的发展给出简要总结和展望。

铁基超导体中的玻色模和超导电性的密切关系

铁基超导材料作为一类新的高温超导材料,其超导产生的原因一直备受关注,超导电子配对的机制一直是铁基超导研究中最具有挑战性的重大科学问题。目前有一个争论的焦点是,该类超导体是否仍然可以用BCS理论的延时电子和玻色子之间的相互作用来描述。我们通过扫描隧道谱仪,对两个不同铁基超导体系的样品进行了测量,发现除了超导特征的谱形之外,还有另一个特征峰,即玻色模,在两个样品中波色模的特征能量与中子自旋共振得到的能量数值相同,与超导临界温度之间呈现一个线性关系Ω/kBTc≈4.3±0.5。玻色模的特征峰与超导电性密切相关,并随着超导特征的减弱而减弱。上述研究结果揭示了铁基超导的非常规超导电性。

铁基超导体能隙结构和机理的统一认识

铁基超导体作为除铜氧化物超导体之外的第二类高温超导体,自从被发现以来其超导电性的成因就备受关注。早期有人针对同时具有空穴型费米口袋和电子型费米口袋的铁砷基超导体提出了S^±配对模式,而且得到中子散射和隧道谱实验的初步支持。这一配对模型的基础是需要在布里渊区同时具有空穴型和电子型费米面。但是铁基超导体的费米面因材料而异,新发现的很多铁硒基超导体因缺乏空穴型费米面,对S^±电子配对模型来说是一个挑战。文章综述了过去几年来作者在这方面取得的工作进展。运用高精度的扫描隧道显微镜,在不同铁基超导体系中,针对超导能隙结构,或超导序参量的性质进行了仔细研究。首先作者在铁砷基超导体Na Fe1-xCoxAs和Ba1-xKxFe2As2中利用无磁性杂质态测量和隧道谱测量,发现S^±的明确证据。进一步,在只有电子型费米面的（Li1-xFex）OHFe Se超导材料中发现两个各向异性的超导能隙,利用准粒子相干散射实验第一次把这两个超导能隙对应到由电子型费米面套叠或杂化后形成的内外两套费米面上。通过非磁性杂质诱导产生的能隙内杂质态和新型电子驻波相位敏感实验的探测,证明该材料中超导能隙符号也发生反转。因此作者的系列工作统一了有和没有空穴型费米面的铁基超导体的能隙形式,支持排斥势是导致电子配对和超导电性产生的关键因素。