超导“小时代”之三十:雨后春笋处处翠

作者: 罗会仟

来源: 中国物理学会期刊网

发布日期: 2018-06-01 12:07:10

本文探讨了超导研究的历史和现状,特别是铁基超导体的发现及其化学掺杂的研究,展示了铁基超导家族的庞大和掺杂带来的复杂现象。

每年的大地回春,伴随着万物复苏、嫩芽新绿、繁花盛开、莺歌燕舞,一切都是令人愉悦的。探索超导的道路上,似乎也有类似的春夏秋冬轮转。铜氧化物高温超导体自1986年发现以来,经历了一波高温超导的研究的热潮,随后在90年代末逐渐退去。在21世纪初,高温超导的研究逐渐陷入寒冷的冬季,剩下的物理问题变得艰深而高冷,越来越多科学家选择别的领域求生存而去。2008年,铁基超导的发现再次让超导研究回暖。

20余年铜氧化物高温超导研究中憋着的积累,在一场甘霖中爆发,催生了众多雨后春笋——构成一个庞大的铁基超导家族。中国科学家发现,简单的稀土元素替换,在并不改变材料整体结构的情形下,原先26 K超导的LaFeAsO1-xFx就可以在SmFeAsO1-xFx中提升到55 K的Tc。

更多的研究表明,实际上LaFeAsO这个材料的“可塑性”非常之强,La位几乎可以换成所有La系稀土金属元素,如Ce、Pr、Nb、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Th等,仍然构成ZrCuSiAs的“1111”型结构。铁基超导材料的化学掺杂还有另一个非常有趣的事情,就是在“1111”体系中存在两个相连的掺杂超导区,分别对应着两个反铁磁母体。

例如LaFeAsO1-xHx体系,在H含量较少时候就是LaFeAsO的反铁磁性结构母体,随后出现第一个超导区。继续掺杂H超导Tc会降低,然后又升高再降低,形成第二个超导区。更高的H掺杂就形成了另一种反铁磁结构母体。

有意思的是,这类双母体和双超导区并存现象,在LaFeAsO1-xFx、LaFeAs1-xPxO、ThFeAsN1-xOx等体系都存在,La换成其他稀土元素化合物也同样有,几乎是“1111”体系的一个共性。

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