铁基超导体研究进展综述.ppt

* 铁基超导体的研究进展综述 答辩人：魏凯旋 班级：应用物理09-1 指导老师：陈昌兆 讲师 构 超导电性的发现及其机制的理解 超导发展历 史简介 超导材料的探索：金属和化合物 铁基超导 “1111”体系超导体结构 论 文 主 体的晶体 结构和电 子相图 “122”体系超导结构 “111体系与”11“超导体结 电子结构 要 内 容 铁基超导 体的物理 性质 正常态性质 超导态性质 电传输性质 上临界场Hc2 ARPES实验 铁基超导 铁基超导体薄膜研究 体的研究 现状及应 铁基高温超导体研究 用前景 新型铁基纳米晶软磁合金 超导体现象的发现 1911年，荷兰莱顿大学的卡末林-昂内斯（H. Kamerlingh-Onnes）意外发现：将汞冷却到4.2K左右， 其电阻突然消失，电流可以毫无阻碍地通过导线。 卡末林-昂内斯 （1853～1926） 元素周期表上的超导元素 超 导 发 展 史 对超导体机制的理解 1）唯象描述超导电性的理论 Landau小组把超导描述为一种宏观量子现象。引入二级相 变理论中序参数的概念，超导序参量其模方代表超导Cooper对 电子的数目，序参量相位的位置梯度就是超导电流。电流在超 导环中绕行一圈，序参量的相位又回到原始态。超导环中只允 许离散的电流取值，宏观超导环中的磁通也是量子化的。 2)BCS理论 与晶格（或声子）的耦合可导致原本互相排斥的电子之间 出现有效的吸引力，自旋和动量相反的两个电子通过声子作为 媒介形成一个束缚态，即所谓 “库珀对”，而“库珀对”能 不受散射，顺利地通过晶格。 铁基超导体的出现 2008年，日本Kamihara教授研究小组报道了F掺杂 的LaFeAsO体系中呈现出的26K超导电性激起全球超导 研究的新的热潮。尽管这并不是历史上报道的第一个含 铁元素的超导体，但是它带来的影响是非常深远的. 铁基超导体 铁基超导体的晶体结构和电子相图 图2-1铁基超导体的晶体结构： (a) 1111型；(b) 122型；(c) 111型；(d) 11型； “1111”体系超导体结构 第一个结构就是最早报道的具有ZrCuSiAs结构类 型的RFeAsO(R=rare earth)超导体，其空间群为P4/nmm， 很多文献中都把这种结构叫1111型。 图2-2 LaFeAs(O1-xFx)系列超导体Tc与F掺杂量的依赖关系 “1111”体系超导体 RFeAs(O1-xFx)给出的最大Tc以及对应于最大Tc的F的 “122”体系超导体 第二个铁基超导体类型具有ThCr2Si2型晶体结构， 简称122 型。实际上，第一个发现的重费米子超导体 CeCu2Si2就是这种结构。在空穴掺杂下，如二价的A(Ba, Ca)离子位部分的被单价的B(K, Na)离子代替，得到的 (A1-xBx)Fe2As2将呈现超导电性。超导也可以通过电子型 掺杂得到，如A(Fe1-xCox)2As2中3价的Fe被二价的Co部分 替代。 图2-3 (Ba1-xKx)Fe2As2和 BaFe2-xCoxAs2的电子相图 “111”体系与“11”超导体 铁基超导体的第三个结构是LiFeAs, 又叫111结构。 LiFeAs具有Cu2Sb四方形的晶体结构，FeAs层的平均价态 为+2价，这一点和1111和122相母体化合物相同Wang等 人报道了高压合成的Li欠缺的Li1-δFeAs样品高达18K 的超导转变温度。相反，无磁有序态的 单晶LiFeAs同样具有18K的超导转变温度，但是其 载流子是电子型的。LiFeAs样品中的超导电性似乎对样 品制备非常敏感，进一步的研究非常必要。 最近，在α相的FeSe 11型化合物中发现了8K的超 导电性，这种物质具有α-PbO的晶体结构。晶格中同样 存在等同于其它三种结构中FeAs层的面状晶体次格子。 铁基超导体的电子结构 LaFePO的费米面由5片主要来源于五重简并的Fe的 3d轨道组成，其中的四个是平行于kz方向的柱形片，而 在这四个柱形片中，两个空穴柱对角分布于Г-Z方向， 另外两个电子柱角分布于M-A线，还有一片由扭曲的球 构成，位置在Z高对称点的中心。 LaFePO的费米面 *