中国和美国科学家对铁基超导体最新发现的描述

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陈先辉等在“高转变温度的铁基超导体”文章中指出铁基超导体转变温度依赖于晶体结构、反铁磁和超导的相互作用以及由角分辨光电子能谱得到的化合物电子性质这几个方面。


超导是一种显著的宏观量子现象，发现于仅仅一个世纪前。当温度降低到临界温度以下时，超导体的电阻会消失并且排斥磁场。超导体具有许多方面的应用，并且可以用来在没有能量损失下传送电力。传统超导体超导机理是由巴丁 - 库珀 - 施里弗理论来解释的，这是五十多年以前提出的基于几个假设的理论。在超导状态下，两个具有相反动量的电子彼此吸引，从而形成束缚对。传统超导体束缚对电子的配对机理是由于电子和声子之间的耦合作用，这属于晶格振动的量子描述现象。


超导体的临界转变温度(Tc)是非常低的 - 通常低于40 K的低转变温度极大地限制了超导体的实际应用。发表在北京杂志《国家科学审查》中的一篇文章写到，由美国和中国科学家组成的一个研究小组收到的研究结果表明，铁基超导体表现出的最高转变温度接近于铜氧化物超导体。


由陈先辉、岱彭城，冯东莱，向涛和张付春合著的，题为“高转变温度的铁基超导体”文章中，介绍了铁基超导体在材料方面及其物理性能的概况。他们指出（铁基超导体）转变温度依赖于晶体结构、反铁磁和超导的相互作用以及由角分辨光电子能谱得到的化合物电子性质这几个方面。


“实现高Tc 或室温超导体是一个梦想，这可能会革命性的改变世界的电力传输”，他们在描述寻求更实用超导体的最新进展时如是说到。在寻求更加实用超导体的进程中，起到明显推动作用的一个事件就是近二十年前铜氧化物高温超导体的发现。自那以后，对高温超导体的寻找中发现了一种汞基铜氧化物超导体在外界高压下达到最高转变温度135 K。第二类高温超导材料，包括铁基超导体，于2008年首次发现。


到目前为止，铁基超导体的很多族系都已经被发现。 研究作者表示“过去几年内关于对铁基超导体及其物理特性的研究已经成为凝聚态物理的主要活动”。


几个强大的新技术手段，包括角分辨光电子光谱仪和扫描隧道显微镜，都在研究高温超导体的过程中被开发了出来。这些技术手段连同中子散射，核磁共振，和光电导的测量，已经应用于对新化合物性质的研究。


铁基超导体和铜氧化物高温超导体有许多共同特点。二者声子在其超导机制中不可能起到任何主导作用，从这个意义上讲，两者都属于非传统超导体。两者都是准二维平面结构，并且它们的超导相变都发生在反铁磁转变附近。在铜酸盐超导体中，低能量物理态是由单一的能带描述的，而在铁系化合物中则涉及到多轨道态。然而，铜酸盐超导体的一些物理问题仍存在争议。深入研究铁基超导体会加深对非传统超导体的理解，为寻找更高转变温度的超导体提供新的研究途径。


在对近期研究突破的描述中，撰稿者概述了超导体晶体结构、磁性和超导性的相互作用以及通过角分辨光电子能谱和扫描隧道谱揭示的铁基电子结构。他们还回顾了有关超导电流的理论。他们在研究中表示，“在过去的十年中，在材料合成，单晶生长，晶体结构表征，热力学测量，以及铁基超导体输运性质和各种光谱测量方面已经取得了巨大进步。”“这让我们对化学及晶体结构，能带结构，自旋和轨道排序，配对对称性以及铁基超导体其它物理性能有了更加详细的了解，”他们如此解释到。铁基超导体超导转变最接近于反铁磁转变，这表明反铁磁波动与观察到的超导性有关联。对该超导体超导机制的调查应部分集中于电子配对的原因。同时，需要不断地发展相关理论从而解释现有的实验数据，并预测新的实验结果。


像铜酸盐超导一样，铁基超导电性一般认为是来源于电子 - 电子的排斥相互作用诱导反铁磁性的波动。高温超导在铜氧化物和铁基材料方面坚实的理论描述仍然存在一个很大的挑战。铁基超导体是多能带的材料。铁的所有5个3d轨道与As或Se的4P轨道强烈杂化。它们彼此强烈耦合并对两个传导电子和局域磁矩有贡献。


该领域的科学家仍在试图利用可靠的理论工具形成一副清晰的物理图像来描述巡游电子和局域电子强耦合组成的电子系统。同样重要的是，设计实验测量，可以解决一些关键问题，这反过来又可以验证铁基超导理论。 “虽然我们还远远没有达到预测高温超导材料的阶段，但在沿着这个方向发展上取得了良好的进展”[color=rgb(68, 68, 68) !important]论文的撰稿者表示。 “未来的合适理论会指导高Tc超导体的寻找或合成，这是很有可能的。”


合著者向涛，在北京的中国科学院物理研究所工作，傅骏张，是中国东部城市杭州的浙江大学研究所的一名教授，他们说：“铁基超导机制研究的进展会对强关联量子体系理论研究有很大的影响。


中国科学技术大学教授，共同撰稿者陈先辉说，在2014年12月，由总部设在德国的马克斯•普朗克化学研究所的三个科学家做的报告中获悉，最近发现的H2S在200GPa压力下超导转变温度为190K，“这表明室温超导是可以实现的。”来自: 材料人网