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[交流] 第一个铁基高温超导材料：LaOFeAs

第一个铁基高温超导材料：LaOFeAs

作者：Belle Dumé 文，Eliza 译
提交人：eliza （2008年4月07日周一）
类型：news article （Chinese）
引用网址：http://www.qiji.cn/eprint/abs/3650.html
注释：译自 physicsworld.com, Iron-based high-Tc superconductor is a first.
相关网址：http://physicsworld.com/cws/article/news/33461

摘要/内容：

   20多年来，物理学家们都无法清楚地解释为什么高温超导现象只出现在一些特殊的铜基化合物中。现在，日本科学家发现了一种全新的铁基高温超导体。这一新材料的发现不仅给科学家们提供了研究这一现象的新途径，同时也给解决凝聚态物理学中这一神秘问题带来了新希望。

   超导就是当温度低于超导转变温度（Tc）时材料中电阻完全消失的现象。当电子克服电子间的库仑斥力并形成“库珀对”（Cooper pairs）后电子将在材料中自由地移动，超导现象就出现了。根据低温超导的BCS理论（Bardeen-Cooper- ShriefferTheory），将电子束缚在一起的力源自电子与材料中晶格振动（即声子）的相互作用。

   但是，BCS理论无法解释1986年发现的超导转变温度高达138K的高温超导体现象。这些“铜化合物”由无数平行的氧化铜平面组成。这些平面中，铜原子位于正方形的晶格上，而电荷（空穴）则位于氧位置上。每个铜原子都有一个未配对的电子，即铜具有磁矩或自旋，一些研究者相信，正是这些自旋间的耦合导致了材料中的超导电性。

   26K的超导体

   LaOFeAs的晶体结构，铁原子（红色），砷原子（黄色），氧原子（绿色），镧原子（灰色）。(Courtesy: G F Chen, Chinese Academy of Sciences).
   东京技术学院(Tokyo Institute of Technology)的Hideo Hosono及其同事发现了第一个铁基高温超导材料。在温度为26K时，材料的电阻消失了。（J.Am.Chem.Soc.130 3296）

   这种晶体材料叫做镧铁砷氧（LaOFeAs），由铁层和砷层中夹有镧层和氧层组成——同时还掺有氟离子。研究人员预期这种超导转变温度为26K的材料在加压的情况下，其临界温度会进一步提高。

   不是声子机制

   初步研究表明这种材料的超导机制不是声子机制（BCS理论），而是与铜基高温超导体类似。

   美国Rutgers大学的理论物理学家Kristjan Haule及其小组正在研究这一新材料。他说：“一般人都认为这种材料的超导电性应该与低温超导的声子机制吻合。但是，我们的密度泛函计算（density functional calculations）表明，如果是声子机制，超导转变温度至多在1K左右。”

   Haule小组的计算表明：未掺杂的LaOFeAs在低温下是一种非常差的金属几乎就是绝缘体（arXiv:0803.1279）。Haule告诉 physicsworld.com：“这是LaOFeAs不是声子机制的另外一个有力证据，因为以声子机制的超导需要一个具有相干载流子的好的金属态。”

   弱耦合理论

   Haule解释说，确实，这种差金属态与弱掺杂的高温超导体类似。根据他们的研究，这意味着弱耦合理论——比如说自旋涨落——一种过去提出的（失败的）用于解释铜基超导的弱耦合理论，可能适于解释LaOFeAs超导体。Hosono小组的初步实验结果看来符合这一理论。

   这种新超导体的发现同时也说明超导现象并不只是局限于发生在铜氧化物和其它一些铀，铈，钚的化合物中。虽然强磁场会破坏超导电性，但这个发现也说明超导电性是可以存在于强磁性材料如铁（当铁被其他适当的原子，如砷所包围）中的。而且，通常在铜中可以忽略的电子的轨道性质可能会发挥重要作用。

   Haule相信这种新超导体在技术上将是重要的，但在讨论这个之前还需要作更多的研究。

[ Last edited by zt970831 on 2008-5-8 at 23:05 ]

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