2008年，注定是一个神奇的年份，就像我们常常回忆起1986年发现镧钡铜氧化物（铜基超导材料）的辉煌一样，大家应该仍然记得2008年的疯狂。2008年2月，日本科学家首先报告发现了一类新的高温超导材料—铁基超导材料。

        2006年日本东京工业大学Hideo Hosono教授的团队发现第一个以铁为超导主体的化合物（LaFeOP），打破以往普遍认定铁元素不利形成超导的论断。根据BCS理论，产生超导性的必要条件是材料中的电子必须配对，这样配对的电子称为库柏对。库柏对中的两个电子自旋相反，所以总自旋为零，因而科学家认为超导性与铁磁性可能无法共存，材料中如果加入磁性元素（如铁、镍）会大大降低超导性。铁基超导体虽然含有铁元素且是产生超导的主体，但是铁和其他元素（如砷、硒）形成铁基平面后，已不再具有铁磁性。2008年2月初，Hideo Hosono教授的团队再度发表铁基层状材料La[O_1-xF_x]FeAs（x = 0.05 – 0.12）在绝对温度26K时存在超导性，研究铁基超导体便在世界上形成一股热潮。

         物理所王楠林组和闻海虎组先后在一周内发布实验结果证实了这一事实；3月25日和3月26日，中国科学技术大学陈仙辉组和物理所王楠林组分别独立发现超过40K超导体，突破麦克米兰极限，证实为非传统超导；3月28日，中国科学院物理研究所赵忠贤领导的科研小组报告，氟掺杂镨氧铁砷化合物的高温超导临界温度可达52K。4月13日该科研小组又有新发现：氟掺杂钐氧铁砷化合物在压力环境下产生作用，其超导临界温度进一步提升至55K。中科院物理所闻海虎领导的科研小组还报告，锶掺杂镧氧铁砷化合物的超导临界温度为25K。物理所王楠林组与方忠组合作，最早提出母体中的条纹自旋密度波相，随后被美国两个小组的中子散射实验证实，是目前该系统中最好的物理结果。

       超导是物理世界中最奇妙的现象之一。正常情况下，电子在金属中运动时，会因为金属晶格的不完整性（如缺陷或杂质等）而发生弹跳损耗能量，即有电阻。而超导状态下，电子能毫无羁绊地前行。这是因为当低于某个特定温度时，电子即成对，这时金属要想阻碍电子运动，就需要先拆散电子对，而低于某个温度时，能量就会不足以拆散电子对，因此电子对就能流畅运动。
    通常的低温超导材料中，电子是通过晶格各结点上的正离子振动而结合在一起的。但大多数的物理学家都认为，这一电子对结合机制并不能解释临界温度最高可达138K的铜基材料超导现象。每一种铜基超导材料都是由层状的“铜－氧”面组成，其中的电子是如何成对的，仍是未解难题。直至今日，对于铜基超导材料的高温超导机制，物理学界仍未形成一致看法，这也使得高温超导成为当今凝聚态物理学中最大的谜团之一。因此很多科学家都希望在铜基超导材料以外再找到新的高温超导材料，从而能够使高温超导机制更加明朗。

       铁基超导体引起许多科学家兴趣的重要原因之一在于铁基超导体的结构与高温超导的铜氧平面类似，超导性发生在铁基平面上，属于二维的超导材料。研究铁基超导体可能有助于了解高温超导的机制。新发现的这一系列铁基超导材料都具有相同的晶体结构，它们在有些方面与铜基超导材料惊人地相似。但是计算表明，这些铁基超导材料的晶格振动提供的电子对结合力量，不足以使材料的超导临界温度达到如此高的水平。
      摆在物理学家面前的一个新问题是，新老两类材料的高温超导机制是否一样？诺贝尔奖获得者、美国普林斯顿大学理论物理学家菲利普·安德森说，假如不一样，那就意味着新材料的发现比预想的要重要得多，也许能从中发现全新的超导机制。闻海虎认为，新的铁基超导材料有可能会为探究高温超导机制提供一个更清晰的体系，在此基础上，铜基超导材料的高温超导机制“可能会一下子变清晰”。但是，也有科学家持有异议，美国斯坦福大学科学家史蒂夫·基沃尔森就认为，两类材料都是成面结构，都是从导电性能很差的材料转化而来，而且都表现出反铁磁性。他说：“两者具有足够的相似性，因此可以假设，它们是本质相同的高温超导材料。”不过，科学家们都认同一点，那就是新的铁基超导材料将激发物理学界新一轮的高温超导研究热。

        物理所丁洪研究组及王楠林小组与日本东北大学高桥隆教授小组合作，在铁基高温超导体超导能隙对称性和轨道相关性研究中取得新进展。他们利用角分辨光电子能谱技术，发现了铁基超导体中依赖费米面的无节点的超导能隙 [ EuroPhysics Letters 83, 47001 (2008) ]，被国际同行认为对铁基超导体的s-波对称性的建立具有奠基性意义的工作。在此后的一年多来，丁洪小组和多个研究小组合作对铁基超导体进行了更深入的研究，取得了一系列重要的研究成果，其中最突出的是用多个有说服力的实验结果揭示了反铁磁波矢相连的带间散射(antiferromagnetic interband scatterings) 和费米面近似嵌套 (Fermi surface quasi-nesting) 是导致铁基超导的最根本原因。
        薄膜研究是凝聚态物理研究中的一个重要方面，它推动了半导体和光学产业的发展进步，催生并促进了量子受限效应、表面界面效应等与维度和尺度特性相关研究领域的出现和发展。对超导研究而言，由于其亚稳态特性，薄膜研究在很长时间内一直是人们探索新材料并获得性能优异材料的重要手段。从2008年新的铁基高温超导体发现以来，铁基超导薄膜的研究进展相对缓慢。这是因为较难精确控制人们所需要的亚稳相中的多元素配比、以及多种热力学相之间的互相竞争。由于元素配比和不同热力学相竞争所导致的较少量的杂质，在块状材料的合成中有时可以接受，但对低维的薄膜材料却不能允许。迄今已发现四种主要晶体结构的铁基超导体，包括含砷或磷的1111相、122相、111相，以及含氧硫族元素的11相。它们都具有超导的Fe-X（X为As、P、Se、S或Te等）层，且前三类超导体中这些层由La-O等隔离层隔开，而超导的11相FeSe、Fe(Se,Te)只有Fe-X层，晶体结构最简单。目前人们只得到了11相的单相、外延、超导薄膜。而对含砷的铁基超导体而言，经过近两年的探索，仍未能得到单相的超导薄膜。
　    物理所曹立新带领博士生韩烨、李位勇，与相关科研人员合作，在国际上率先制备出单相的外延FeSe超导薄膜，发表文章（Journal of Physics: Condensed Matter 21, 235702, 2009）并申请了国家专利。此后，他们又系统研究了FeSe 、Fe(Se,Te)以及FeTe薄膜，他们发现FeTe母体在薄膜状态下超导，转变温度13 K，接近Fe(Se,Te)固溶体所能达到的最高值，远高于FeSe薄膜的超导转变温度。而到目前为止，FeTe块材在常压和高压状态下都没有发现超导。人们普遍认为铁基超导电性与自旋密度波密切相关，实验发现高压下自旋涨落在FeSe中明显增强而且超导转变温度提高到37 K；同时，理论计算表明FeTe比FeSe有更强的自旋涨落并可能有更高的超导转变温度。但是实验上FeTe并没有在高压下观察到预期的现象。曹立新等人注意到，在超导的FeTe薄膜中，晶格在生长平面内不是被压缩，而是被拉伸，类似于一种“负压力效应”。同时他们发现，在非超导的FeTe块材中70 K左右出现的结构和自旋涨落的一级相变，在超导薄膜中被明显弱化。该项研究对铁基超导体新材料探索和超导机理研究具有一定的指导意义。相关成果刊登在2010年1月8日的Physical Review Letters上（Physical Review Letters 104, 017003, 2010）。

       在最新一轮的铁基高温超导浪潮中，中国科学家仍然保持了前沿姿态。看今朝，忆往昔，让我们再回首看看国内最初的磁学研究中那些大家的身影吧，请继续关注铁磁学外传—（9）国内大家知多少。

参考文献：

[1]科学网新闻报道

[2]物理所超导研究相关报道

[3]百度百科 ：铁基超导

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