鐵基超導(dǎo)體的研究進(jìn)展綜述.ppt

鐵基超導(dǎo)體的研究進(jìn)展綜述,答辯人：魏凱旋 班級：應(yīng)用物理09-1 指導(dǎo)老師：陳昌兆 講師,論文主要內(nèi)容,超導(dǎo)發(fā)展歷史簡介,鐵基超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)和電子相圖,鐵基超導(dǎo)體的物理性質(zhì),鐵基超導(dǎo)體的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景,超導(dǎo)電性的發(fā)現(xiàn)及其機(jī)制的理解,超導(dǎo)材料的探索：金屬和化合物,“1111”體系超導(dǎo)體結(jié)構(gòu),“122”體系超導(dǎo)結(jié)構(gòu),“111“體系與”11“超導(dǎo)體結(jié)構(gòu),正常態(tài)性質(zhì),超導(dǎo)態(tài)性質(zhì),電子結(jié)構(gòu),電傳輸性質(zhì),上臨界場Hc2,ARPES實驗,鐵基超導(dǎo)體薄膜研究,鐵基高溫超導(dǎo)體研究,新型鐵基納米晶軟磁合金,超導(dǎo)體現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的卡末林-昂內(nèi)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(dǎo)線。,卡末林-昂內(nèi)斯（18531926）,元素周期表上的超導(dǎo)元素,超導(dǎo)發(fā)展史,對超導(dǎo)體機(jī)制的理解,1）唯象描述超導(dǎo)電性的理論 Landau小組把超導(dǎo)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(dǎo)序參量其模方代表超導(dǎo)Cooper對電子的數(shù)目，序參量相位的位置梯度就是超導(dǎo)電流。電流在超導(dǎo)環(huán)中繞行一圈，序參量的相位又回到原始態(tài)。超導(dǎo)環(huán)中只允許離散的電流取值，宏觀超導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電性激起全球超導(dǎo)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(dǎo)體，但是它帶來的影響是非常深遠(yuǎn)的.,鐵基超導(dǎo)體,鐵基超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)和電子相圖,圖2-1鐵基超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)： (a) 1111型；(b) 122型；(c) 111型；(d) 11型；,“1111”體系超導(dǎo)體結(jié)構(gòu),第一個結(jié)構(gòu)就是最早報道的具有ZrCuSiAs結(jié)構(gòu)類型的RFeAsO(R=rare earth)超導(dǎo)體，其空間群為P4/nmm，很多文獻(xiàn)中都把這種結(jié)構(gòu)叫1111型。,圖2-2 LaFeAs(O1-xFx)系列超導(dǎo)體Tc與F摻雜量的依賴關(guān)系,“1111”體系超導(dǎo)體,RFeAs(O1-xFx)給出的最大Tc以及對應(yīng)于最大Tc的F的,“122”體系超導(dǎo)體,第二個鐵基超導(dǎo)體類型具有ThCr2Si2型晶體結(jié)構(gòu)，簡稱122 型。實際上，第一個發(fā)現(xiàn)的重費(fèi)米子超導(dǎo)體CeCu2Si2就是這種結(jié)構(gòu)。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(dǎo)電性。超導(dǎo)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(dǎo)體,鐵基超導(dǎo)體的第三個結(jié)構(gòu)是LiFeAs, 又叫111結(jié)構(gòu)。LiFeAs具有Cu2Sb四方形的晶體結(jié)構(gòu)，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(dá)18K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。相反，無磁有序態(tài)的 單晶LiFeAs同樣具有18K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，但是其載流子是電子型的。LiFeAs樣品中的超導(dǎo)電性似乎對樣品制備非常敏感，進(jìn)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(dǎo)電性，這種物質(zhì)具有-PbO的晶體結(jié)構(gòu)。晶格中同樣存在等同于其它三種結(jié)構(gòu)中FeAs層的面狀晶體次格子。,鐵基超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu),LaFePO的費(fèi)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(gòu)成，位置在Z高對稱點的中心。,LaFePO的費(fèi)米面,鐵基超導(dǎo)體的電傳輸性質(zhì),系列(Ba1-xKx)Fe2As2樣品的電阻溫度依賴關(guān)系,上臨界場Hc2,(Ba1-xKx)Fe2As2單晶的上臨界場,跟其它準(zhǔn)二維超導(dǎo)體( 如有機(jī)超導(dǎo)體和銅氧化物高溫超導(dǎo)體)的情形完全不同，這些準(zhǔn)二維超導(dǎo)體的臨界場Hc2有著非常強(qiáng)的各向異性，面內(nèi)Hc2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于面外Hc2。(BaK)Fe2As2上臨界場幾乎各向同性的行為表明其費(fèi)米面可能是準(zhǔn)三維的。,超導(dǎo)態(tài)的ARPES實驗結(jié)果,(Ba0.6K0.4)Fe2As2 超導(dǎo)能隙三維圖,兩個超導(dǎo)能隙被觀察到，較大的一個超導(dǎo)能隙12meV左右，位于較小的類似空穴和類似電子的費(fèi)米面上，另外一個較小的能隙則位于較大的類似空穴的費(fèi)米面上，大小6meV左右。這兩個超導(dǎo)能隙都是各向同性的，沒有節(jié)點。Ding等人認(rèn)為，配對機(jī)制源于兩個嵌套費(fèi)米面片的帶間