鐵基超導體的研究進展綜述.pptVIP

鐵基超導體的研究進展綜述,答辯人：魏凱旋 班級：應用物理09-1 指導老師：陳昌兆 講師,論文主要內容,超導發(fā)展歷史簡介,鐵基超導體的晶體結構和電子相圖,鐵基超導體的物理性質,鐵基超導體的研究現(xiàn)狀及應用前景,超導電性的發(fā)現(xiàn)及其機制的理解,超導材料的探索：金屬和化合物,“1111”體系超導體結構,“122”體系超導結構,“111“體系與”11“超導體結構,正常態(tài)性質,超導態(tài)性質,電子結構,電傳輸性質,上臨界場Hc2,ARPES實驗,鐵基超導體薄膜研究,鐵基高溫超導體研究,新型鐵基納米晶軟磁合金,超導體現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),1911年，荷蘭萊頓大學的卡末林-昂內斯（H. Kamerlingh-Onnes）意外發(fā)現(xiàn)：將汞冷卻到4.2K左右，其電阻突然消失，電流可以毫無阻礙地通過導線。,卡末林-昂內斯（18531926）,元素周期表上的超導元素,超導發(fā)展史,對超導體機制的理解,1）唯象描述超導電性的理論 Landau小組把超導描述為一種宏觀量子現(xiàn)象。引入二級相變理論中序參數(shù)的概念，超導序參量其模方代表超導Cooper對電子的數(shù)目，序參量相位的位置梯度就是超導電流。電流在超導環(huán)中繞行一圈，序參量的相位又回到原始態(tài)。超導環(huán)中只允許離散的電流取值，宏觀超導環(huán)中的磁通也是量子化的。 2)BCS理論 與晶格（或聲子）的耦合可導致原本互相排斥的電子之間出現(xiàn)有效的吸引力，自旋和動量相反的兩個電子通過聲子作為媒介形成一個束縛態(tài)，即所謂 “庫珀對”，而“庫珀對”能不受散射，順利地通過晶格。,鐵基超導體的出現(xiàn),2008年，日本Kamihara教授研究小組報道了F摻雜的LaFeAsO體系中呈現(xiàn)出的26K超導電性激起全球超導研究的新的熱潮。盡管這并不是歷史上報道的第一個含鐵元素的超導體，但是它帶來的影響是非常深遠的.,鐵基超導體,鐵基超導體的晶體結構和電子相圖,圖2-1鐵基超導體的晶體結構： (a) 1111型；(b) 122型；(c) 111型；(d) 11型；,“1111”體系超導體結構,第一個結構就是最早報道的具有ZrCuSiAs結構類型的RFeAsO(R=rare earth)超導體，其空間群為P4/nmm，很多文獻中都把這種結構叫1111型。,圖2-2 LaFeAs(O1-xFx)系列超導體Tc與F摻雜量的依賴關系,“1111”體系超導體,RFeAs(O1-xFx)給出的最大Tc以及對應于最大Tc的F的,“122”體系超導體,第二個鐵基超導體類型具有ThCr2Si2型晶體結構，簡稱122 型。實際上，第一個發(fā)現(xiàn)的重費米子超導體CeCu2Si2就是這種結構。在空穴摻雜下，如二價的A(Ba, Ca)離子位部分的被單價的B(K, Na)離子代替，得到的(A1-xBx)Fe2As2將呈現(xiàn)超導電性。超導也可以通過電子型摻雜得到，如A(Fe1-xCox)2As2中3價的Fe被二價的Co部分替代。,圖2-3 (Ba1-xKx)Fe2As2和 BaFe2-xCoxAs2的電子相圖,“111”體系與“11”超導體,鐵基超導體的第三個結構是LiFeAs, 又叫111結構。LiFeAs具有Cu2Sb四方形的晶體結構，F(xiàn)eAs層的平均價態(tài)為+2價，這一點和1111和122相母體化合物相同Wang等人報道了高壓合成的Li欠缺的Li1-FeAs樣品高達18K的超導轉變溫度。相反，無磁有序態(tài)的 單晶LiFeAs同樣具有18K的超導轉變溫度，但是其載流子是電子型的。LiFeAs樣品中的超導電性似乎對樣品制備非常敏感，進一步的研究非常必要。 最近，在相的FeSe 11型化合物中發(fā)現(xiàn)了8K的超導電性，這種物質具有-PbO的晶體結構。晶格中同樣存在等同于其它三種結構中FeAs層的面狀晶體次格子。,鐵基超導體的電子結構,LaFePO的費米面由5片主要來源于五重簡并的Fe的3d軌道組成，其中的四個是平行于kz方向的柱形片，而在這四個柱形片中，兩個空穴柱對角分布于-Z方向，另外兩個電子柱角分布于M-A線，還有一片由扭曲的球構成，位置在Z高對稱點的中心。,LaFePO的費米面,鐵基超導體的電傳輸性質,系列(Ba1-xKx)Fe2As2樣品的電阻溫度依賴關系,上臨界場Hc2,(Ba1-xKx)Fe2As2單晶的上臨界場,跟其它準二維超導體( 如有機超導體和銅氧化物高溫超導體)的情形完全不同，這些準二維超導體的臨界場Hc2有著非常強的各向異性，面內Hc2遠遠大于面外Hc2。(BaK)Fe2As2上臨界場幾乎各向同性的行為表明其費米面可能是準三維的。,超導態(tài)的ARPES實驗結果,(Ba0.6K0.4)Fe2As2 超導能隙三維圖,兩個超導能隙被觀察到，較大的一個超導能隙12meV左右，位于較小的類似空穴和類似電子的費米面上，另外一個較小的能隙則位于較大的類似空穴的費米面上，大小6meV左右。這兩個超導能隙都是各向同性的，沒有節(jié)點。Ding等人認為，配對機制源于兩個嵌套費米面片的帶間