王少雷，張 莉

（中國(guó)計(jì)量學(xué)院 理學(xué)院，浙江 杭州 310018）

1911年，荷蘭物理學(xué)家昂尼斯（H.K.Onnes）用液氦冷卻汞時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度降到4.15K附近時(shí)，水銀的電阻突然降到零，這就是超導(dǎo)現(xiàn)象，此溫度稱(chēng)為臨界溫度，用Tc表示.超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)之后，科學(xué)家一直試圖尋找更高轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)材料；然而，直到1985年所能達(dá)到的最高臨界溫度也不過(guò)23K，所用材料是Nb3Ge.1986年4月美國(guó)IBM公司的繆勒（K.A.Muller）和柏諾茲（J.G.Bednorz）宣布鋇鑭銅氧化物（La－Ba－Cu－O）［1］在35K時(shí)出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象，揭開(kāi)了銅氧化物高溫超導(dǎo)體研究序幕.隨后，新的高溫超導(dǎo)體不斷地被發(fā)現(xiàn)，臨界溫度的記錄一再被刷新：YBa2Cu3O7－δ（Tc＞＝91K）［2，3］；Bi系（Bi－Sr－Ca－Cu－O）超導(dǎo)體（Tc＞100K）［4］；T1系（T1－Ba－Ca－Cu－O）超導(dǎo)體（Tc＞125K）［5］.截止目前，Tc最高記錄為有3個(gè)銅氧層面的HgBa2Ca2Cu3O8＋δ，在常壓下可達(dá)到133K［6］，在31GPa下Tc可達(dá)到164K［7］.

2008年2月，日本東京工業(yè)大學(xué)的細(xì)野秀雄（（ほその ひでお）研究組發(fā)現(xiàn)鐵砷超導(dǎo)體［8］（La－Fe－As－O，其中部分氧被氟取代），其臨界溫度為26K.由于鐵砷超導(dǎo)體中含有La，與繆勒和柏諾茲發(fā)現(xiàn)的La－Ba－Cu－O一樣，都含有鑭系元素，而鑭系有16個(gè)性質(zhì)非常接近的元素.于是，科學(xué)家期望1987年的故事重演，非常幸運(yùn)，用Sm替代La時(shí)鐵基超導(dǎo)臨界溫度最高可達(dá)56K，由于鐵基超導(dǎo)體含有鐵，所以在磁性表達(dá)方面有獨(dú)特的性質(zhì)，引起科學(xué)家的高度重視.

銅氧化物超導(dǎo)體和鐵基超導(dǎo)體由于轉(zhuǎn)變溫度超過(guò)麥克米蘭極限（39K），常被稱(chēng)作高溫超導(dǎo)體.高溫超導(dǎo)材料的用途非常廣闊，大致可分為三類(lèi)：大電流應(yīng)用（強(qiáng)電應(yīng)用）、電子學(xué)應(yīng)用（弱電應(yīng)用）和抗磁性應(yīng)用.

1）大電流應(yīng)用如超導(dǎo)發(fā)電、輸電和貯能.

超導(dǎo)材料可制作超導(dǎo)電線和超導(dǎo)變壓器，從而把電力幾乎無(wú)損耗地輸送給用戶.據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前的銅或鋁導(dǎo)線輸電，約有15%的電能損耗在輸電線路上，光是在中國(guó)，每年的電力損失即達(dá)1000多億度.若改為超導(dǎo)輸電，節(jié)省的電能相當(dāng)于新建數(shù)十個(gè)大型發(fā)電廠.

2）電子學(xué)應(yīng)用包括超導(dǎo)微波器件、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)等.

超導(dǎo)濾波器：高溫超導(dǎo)材料具有極低的微波損耗，利用這一特性研制的濾波器具有插入損耗小、帶邊陡度高、帶外抑制深等特點(diǎn)，可以提高衛(wèi)星微波接收系統(tǒng)的靈敏度和抗干擾能力.

說(shuō)到電子學(xué)應(yīng)用，不得不提利用約瑟夫森效應(yīng)測(cè)量磁性的超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID），用約瑟夫森環(huán)制成高靈敏度磁強(qiáng)計(jì)，其靈敏度可達(dá)幾個(gè)高斯，可測(cè)量人體心臟跳動(dòng)和人腦內(nèi)部的磁場(chǎng)變化，作出“心磁圖”和“腦磁圖”.

3）抗磁性主要應(yīng)用于磁懸浮列車(chē)和熱核聚變反應(yīng)堆等.

超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)：利用超導(dǎo)材料的抗磁性，將超導(dǎo)材料放在一塊永久磁體的上方，由于磁體的磁力線不能穿過(guò)超導(dǎo)體，磁體和超導(dǎo)體之間會(huì)產(chǎn)生排斥力，使超導(dǎo)體懸浮在磁體上方，利用這種磁懸浮效應(yīng)制作的高速超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)時(shí)速可達(dá)500km／h.

核聚變反應(yīng)堆“磁封閉體”：核聚變反應(yīng)時(shí)，內(nèi)部溫度高達(dá)1億～2億℃，沒(méi)有任何常規(guī)材料可以包容這些物質(zhì).而超導(dǎo)體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)可以作為“磁封閉體”，將熱核反應(yīng)堆中的超高溫等離子體包圍、約束起來(lái)，然后慢慢釋放，從而使受控核聚變能源成為21世紀(jì)前景廣闊的新能源.

正是由于高溫超導(dǎo)材料具有廣闊而潛在的用途，高溫超導(dǎo)電性一直是凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn).鐵基超導(dǎo)機(jī)理研究中的三個(gè)核心問(wèn)題分別是：（1）磁的作用；（2）化學(xué)和結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)制的本質(zhì)；（3）配對(duì)對(duì)稱(chēng)性研究［9］.

研究高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的許多科學(xué)家相信，物質(zhì)內(nèi)借由磁性媒介的電子間交互作用是高溫超導(dǎo)產(chǎn)生的關(guān)鍵［10］.美國(guó)田納西大學(xué)與橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合聘教授戴鵬程認(rèn)為：磁自旋激發(fā)的電子耦合可能是引起超導(dǎo)現(xiàn)象的關(guān)鍵［11］.上述理論、觀點(diǎn)都揭示了磁性質(zhì)在鐵基超導(dǎo)機(jī)理研究中有不可替代的地位.由于學(xué)識(shí)所限，本文關(guān)于鐵基超導(dǎo)體的磁性研究，只側(cè)重于BaFe2As2及其摻雜后的超導(dǎo)與鐵磁共存和SmCoAsO豐富的磁結(jié)構(gòu)問(wèn)題，不涉及磁軟化、電磁相互作用及磁性的第一性原理計(jì)算等內(nèi)容.

1 鐵基超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)分類(lèi)和物質(zhì)的磁性分類(lèi)

1.1 鐵基超導(dǎo)的結(jié)構(gòu)分類(lèi)

鐵基超導(dǎo)家族按結(jié)構(gòu)主要?jiǎng)澐譃?大類(lèi).分別是（1）1111體系（如 LaOFeAs圖1（a），空間群為P4／nmm，具有ZrCuSiAs四方晶系結(jié)構(gòu).該體系是由（LnO）＋層與反瑩石（FePn）—層沿晶體學(xué)c軸交替堆砌而成；（2）122體系（AFe2As2圖1（b），A＝Ba，Sr，K，Cs，Ca等），空間群為I4／mmm，具有ThCr2Si2型晶體結(jié)構(gòu)，該體系是由A離子層與反螢石層（FeAs）—沿晶體學(xué)c軸交替堆垛而成；（3）111體系（如 LiFeAs圖1（c），（4）以及11體系（FeTe1－xSex圖1（d）；還有32522類(lèi)（如Sr3Sc2O5Fe2As2）和42622類(lèi)（如 Sr4V2O6Fe2As2）等.

圖1 鐵基超導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)Figure 1 Basic structure of ion－based superconductors

上圖右上標(biāo)都是各體系對(duì)應(yīng)的最高的轉(zhuǎn)變溫度Tc（如：1111體系中Tc可達(dá)56K），需要說(shuō)明的是11體系中新發(fā)現(xiàn)的K0.8Fe2Se2Tc常溫常壓下可達(dá)30K［12］.

1.2 物質(zhì)的磁特性分類(lèi)

按照材料磁化率的大小和符號(hào)，可以將物質(zhì)的磁性分為五個(gè)種類(lèi)：分別為抗磁性、順磁性、反鐵磁性、鐵磁性以及亞鐵磁性.抗磁性材料的磁化率為負(fù)數(shù)且很小，一般為10－5數(shù)量級(jí)，且磁化率的大小與溫度和磁場(chǎng)均無(wú)關(guān)，其磁化曲線表現(xiàn)為一條直線；順磁性物質(zhì)磁化率為正但數(shù)值很小，僅僅為10－6～10－3數(shù)量級(jí)，服從居里外斯定律；反鐵磁性的磁化率在某個(gè)溫度上有一個(gè)極大值，該極大值所對(duì)應(yīng)的溫度TN我們稱(chēng)為奈爾溫度.當(dāng)溫度T＞TN時(shí)，其磁化率與溫度的關(guān)系和順磁性物質(zhì)相似，也服從居里外斯定律；當(dāng)T＜TN時(shí)，磁化率反而隨著溫度的降低而降低，并逐漸趨于一個(gè)穩(wěn)定值；鐵磁性物質(zhì)只要在一個(gè)很小的磁場(chǎng)下就能被飽和磁化，其磁化率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于順磁性物質(zhì)的磁化率，為101～106數(shù)量級(jí).當(dāng)鐵磁性物質(zhì)的溫度比臨界溫度Tc高時(shí)，鐵磁性物質(zhì)將轉(zhuǎn)變?yōu)槌槾判晕镔|(zhì)，并且服從居里外斯定律；亞鐵磁性物質(zhì)的宏觀磁性與鐵磁性相同，僅僅是磁化率比較低一點(diǎn)，為100～103數(shù)量級(jí).

2 超導(dǎo)與鐵磁共存

2.1 超導(dǎo)與鐵磁共存現(xiàn)象

長(zhǎng)期以來(lái)，材料的超導(dǎo)電性與磁性被認(rèn)為是兩個(gè)處于完全競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)的特性.超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)是排磁場(chǎng)的，并且當(dāng)外加磁場(chǎng)超過(guò)一定范圍就會(huì)轉(zhuǎn)變成正常態(tài)；而當(dāng)鐵磁體在居里溫度以下時(shí)會(huì)自發(fā)產(chǎn)生內(nèi)磁場(chǎng)，這與超導(dǎo)體排磁性形成鮮明對(duì)比.因此一般認(rèn)為鐵磁材料不大可能變成超導(dǎo)體.并且，在常壓下磁性元素如Co，Ni，Cr均未表現(xiàn)出超導(dǎo)電性.然而，科學(xué)家通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)證明，鐵磁和超導(dǎo)是可以共存的，只是超導(dǎo)和鐵磁共存相互間有很大的影響.電磁及交換作用使超導(dǎo)和鐵磁不可能簡(jiǎn)單地共存，其結(jié)果可能是發(fā)生從超導(dǎo)態(tài)到鐵磁態(tài)的一級(jí)相變，或者是超導(dǎo)與非全同磁有序的共存.

例如：由美國(guó)科學(xué)家凱瑟琳·摩爾（Kathryn A.Moler）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)使用新技術(shù)，首次在實(shí)驗(yàn)室獲得鐵基高溫超導(dǎo)體的量化數(shù)據(jù)證明高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)性和磁性有關(guān).首先，向砷化鋇鐵晶體摻雜了不同數(shù)量的鈷，用來(lái)替代鐵；接著，讓該晶體“遭遇”微小的探磁針，以觀察它們之間如何相互作用，并用微米設(shè)備記錄下相關(guān)數(shù)據(jù)，破解了這一難題［13］；通過(guò)有效的國(guó)際合作，澳大利亞悉尼大學(xué)（University of Sydney），臥龍崗大學(xué)（University of Wollongong）和德國(guó)馬克斯－普朗克研究所（Max－Planck Institute）研究人員利用先進(jìn)的原子探針斷層掃描技術(shù)對(duì)鐵基超導(dǎo)體樣品進(jìn)行微觀分析，獲得了樣品中元素分布的三維分布圖像，該圖像顯示了鐵基超導(dǎo)體中超導(dǎo)電性與磁性共存的信息［14］.

2.2 BaFe2As2及其摻雜后的超導(dǎo)與鐵磁共存研究

BaFe2As2具有泡利順磁性，在140K時(shí)會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)和磁相變，并呈現(xiàn)出異常的自旋密度波行為.BaFe2As2一個(gè)非常優(yōu)越的特性是其三個(gè)元素位置均可以實(shí)現(xiàn)全程摻雜，從而為研究超導(dǎo)和磁性共存提供了很好的載體.

Johrendt小組通過(guò)對(duì)BaFe2As2進(jìn)行空穴摻雜，合成了新型塊體鐵基超導(dǎo)體Ba1－xKxFe2As2，其中 Ba0.6K0.4Fe2As2的 Tconset高達(dá)38K［15］，見(jiàn)圖2（a）.在BaFe2As2家族中，超導(dǎo)電性與結(jié)構(gòu)紊亂以及潛在的磁有序狀態(tài)可以共存.僅僅1%的Ba離子被K替代后即可明顯的壓制電阻率－溫度曲線中的SDW序.低溫下，反鐵磁和超導(dǎo)態(tài)在大樣品組分區(qū)間內(nèi)共存.

圖2（a） Ba1－xKxFe2As2 系統(tǒng)的電子相圖［15］Figure 2（a） Electronic phase diagram of Ba1－x KxFe2As2system［15］

由圖2（b）可見(jiàn)，F(xiàn)e位摻Co時(shí)，Co原子的摻雜量在3%時(shí)體系出現(xiàn)超導(dǎo)電性，并且摻雜量在6.5%時(shí)，體系出現(xiàn)最高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度25K.進(jìn)一步增加Co的含量將導(dǎo)致超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的降低，并在摻雜量達(dá)到12%時(shí)，超導(dǎo)電性消失.圖中綠色區(qū)域?yàn)槌瑢?dǎo)與鐵磁共存區(qū)域［16］.

圖2（b） Ba（Fe1－xCox）2As2 系統(tǒng)的電子相圖［16］Figure 2（b） Electronic phase diagram of Ba（Fe1－x Cox）2As2system［16］

在BaFe2（As1－xPx）2的電子相圖中［17］，見(jiàn)圖2（c），我們可以看到母體化合物BaFe2As2具有在Tsdw＝140K就開(kāi)始的自旋密度波（SDW）反鐵磁序，隨著P摻雜的增加Tsdw逐漸降低，在相圖中形成了一個(gè)SDW區(qū)域.利用J1－J2模型可以理解SDW被壓制的原因，因?yàn)殡S著P的摻雜次近鄰交換能J2被降低.

圖2（c） BaFe2（As1－xPx）2 系統(tǒng)的電子相圖［17］Figure 2（c） Electronic phase diagram of BaFe2（As1－xPx）2system［17］

3 1111相中豐富的磁結(jié)構(gòu)

3.1 中子衍射實(shí)驗(yàn)

對(duì)于1111體系，含Ce，Nd，Pr的材料都是傳統(tǒng)的磁性超導(dǎo)體.其中奈爾轉(zhuǎn)變溫度TN（Ce）＝4K，TN（Nd）＝2K.而Pr的有序化溫度比其他稀土離子高很多，TN（Pr）＝14K.

Ce的磁性結(jié)構(gòu)具有最初的短暫地在a－b面、像鐵元素一樣的鏈狀結(jié)構(gòu).但臨近鏈狀的自旋方向是趨于正交的，而非反平行的.此刻，Ce離子或許沿著c軸也有小的成分.沿著c軸最近鄰的自旋方向也是正交的而不是平行的.圖3（a）是由中子衍射數(shù)據(jù)得出的CeFeAsO的三維反鐵磁結(jié)構(gòu)示意圖.這說(shuō)明CeFeAsO的Fe平面與LaFeAsO的Fe平面具有相同的線性反鐵磁結(jié)構(gòu)，只是在CeFeAsO中最近鄰的Fe自旋沿c軸方向是平行的而在LaFeAsO中是反平行的.

Nd系統(tǒng)呈現(xiàn)出相同的自旋類(lèi)型，但方向是沿著三個(gè)軸而不只是c軸.中子衍射實(shí)驗(yàn)研究表明，溫度低于1.96K時(shí)NdFeAsO出現(xiàn)長(zhǎng)程反鐵磁序.在0.3K時(shí)Nd的磁矩為1.554μB，F(xiàn)e的磁矩為0.91μB圖3（b）.

圖3（a） CeFeAsO （b）NdFeAsO （c）PrFeAsO體系中豐富的磁結(jié)構(gòu)［18］Figure 3 Abundant magnetic structure of（a）CeFeAsO （b）NdFeAsO and（c）PrFeAsO systems［18］

圖3（c）顯示的是相當(dāng)復(fù)雜的磁結(jié)構(gòu)中Pr的自旋方向.Pr在包含氧離子層的層上和層下三重態(tài)的自旋是鐵磁耦合的.而臨近的三重態(tài)排列成反鐵磁序.自旋方向僅僅是沿著c軸，自旋的相鄰層同樣也是沿著c軸，這樣就可以使磁單胞和原子核單胞相同了.

3.2 SmCoAsO的磁性研究

3.2.1 M－T 曲線與多重磁性 圖 4（a）為SmCoAsO采用零場(chǎng)冷（ZFC）和場(chǎng)冷（FC）測(cè)得的M－T曲線，測(cè)量時(shí)所加磁場(chǎng)為10Oe.可見(jiàn)，ZFC和FC的M－T曲線具有強(qiáng)的不可逆性.在ZFC過(guò)程，2K時(shí)磁化強(qiáng)度接近0；隨著溫度的升高，在39K處，發(fā)生了磁轉(zhuǎn)變，這是典型的反鐵磁行為，反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度用TN1表示；隨著溫度的繼續(xù)升高，在64.5K處，出現(xiàn)了一個(gè)明顯的峰，此處溫度用Tp表示；之后，磁化強(qiáng)度迅速的減小，直到86K時(shí)和溫度軸相交，大約在110K處磁化強(qiáng)度達(dá)到最小的負(fù)值；然后，隨溫度的升高磁化強(qiáng)度又開(kāi)始增加，在138K處再次和溫度軸相交；和溫度軸相交后，磁化強(qiáng)度迅速增加，在142K處達(dá)到極大值，這一轉(zhuǎn)變溫度用TN2表示；隨著溫度的進(jìn)一步升高，磁化強(qiáng)度按照類(lèi)似于順磁性居里－外斯曲線逐漸減小，插圖給出了135～300K溫度區(qū)間的M－T 曲線.

圖4（a） SmCoAsO在10Oe磁場(chǎng)下、零場(chǎng)冷和場(chǎng)冷的MT 曲線［19］Figure 4（a） M－Tcurve of SmCoAsO at 10Oe under ZFC and FC conditions［19］

在FC過(guò)程中，TN2以上溫區(qū)，和ZFC的M－T曲線是可逆的；但在TN2以下，發(fā)生了自旋再排列，磁化強(qiáng)度隨溫度的降低緩慢的增加，和ZFC的M－T曲線之間形成一個(gè)較大的間隙，表現(xiàn)為強(qiáng)的不可逆性；當(dāng)溫度降至略大于Tc的溫度時(shí)，磁化強(qiáng)度開(kāi)始迅速增加；在Tc以下溫區(qū)內(nèi)，F(xiàn)C的M－T曲線和ZFC的M－T 曲線上的磁轉(zhuǎn)變類(lèi)似，但磁化強(qiáng)度明顯比ZFC的大，而且TN1和Tp發(fā)生了輕微的滯后.

據(jù)圖4（b），從室溫開(kāi)始對(duì)SmCoAsO進(jìn)行降溫，它首先在80K以下變成弱的巡游鐵磁態(tài)，然后在45K以下變成反鐵磁序.繼續(xù)對(duì)其降溫，在5.6K以下，Sm離子局部的磁矩也同樣變成了反鐵磁序.在15～40K時(shí)，可以通過(guò)磁場(chǎng)誘導(dǎo)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變.

為了進(jìn)一步的理解這些磁轉(zhuǎn)變，下邊將對(duì)SmCoAso進(jìn)行磁化強(qiáng)度隨磁場(chǎng)的變化測(cè)量.

圖4（b） 不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下SmCoAsO的 M－T曲線［20］Figure 4（b） Temperature dependence of molar magnetization of SmCoAsO sample at several fixed magnetic fields［20］

3.2.2 M－H 曲線與變磁性轉(zhuǎn)變 由圖5可見(jiàn)，10K時(shí)，M－H 曲線幾乎是呈線性的.當(dāng)溫度升高到15K在低磁場(chǎng)下，M－H 曲線仍然保持線性.在30kOe的典型場(chǎng)中的突然增加，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)微小但有限的磁滯，并最終在50kOe時(shí)飽和.M－H圖也暗示通過(guò)與Co離子有關(guān)的反鐵磁到鐵磁轉(zhuǎn)變的磁場(chǎng)的誘導(dǎo)，化合物經(jīng)歷了一個(gè)磁轉(zhuǎn)變.Hc隨T的增加緩慢地減小，并且在T＞45K時(shí)迅速消失了.這和SmCoAsO在弱磁場(chǎng)中是一個(gè)反鐵磁序的情況是一致的.從50～80K，M－H 曲線是典型的鐵磁態(tài)，通過(guò)從M 2－H／M曲線推測(cè)Ms－T曲線到T＝0K，磁矩的數(shù)值約為0.23μB，遠(yuǎn)比居里－外斯定律所所估計(jì)的磁矩（1.39μB）小，但這和LaCoAsO中Co離子磁矩很接近.這也意味著磁轉(zhuǎn)變和Co離子有關(guān)而非Sm離子.在100K以上時(shí)，M－H 曲線變成了線性的，這就是順磁態(tài).

圖5 10～200K的SmCoAsO的 M－H曲線［20］Figure 5 Field dependence of magnetization at various temperature from 10Kto 200K［20］

3.2.3 SmCoAsO的磁相圖 根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，SmCoAsO的磁學(xué)性質(zhì)可用圖6的相圖來(lái)總結(jié).高溫區(qū)，系統(tǒng)是一個(gè)順磁性的金屬態(tài)；低于80K的Tc，系統(tǒng)就進(jìn)入了鐵磁序態(tài).從M－H 曲線中，飽和磁矩小到0.23μB，這意味著鐵磁態(tài)與巡游Co的3d電子有關(guān).也有報(bào)道稱(chēng)，在居里溫度以下SmCoAsO是巡游鐵磁金屬態(tài)；45K的TN1以下，通過(guò)3d巡游電子，4f電子間間接的交換作用可以在CoAs層產(chǎn)生磁交換耦合變化的跡象.這樣，系統(tǒng)經(jīng)歷了從鐵磁到反鐵磁序的一個(gè)轉(zhuǎn)變.與此同時(shí)，場(chǎng)誘導(dǎo)的磁轉(zhuǎn)變出現(xiàn)在15～40K.從磁轉(zhuǎn)變被一個(gè)相當(dāng)弱的磁場(chǎng)誘導(dǎo)中我們發(fā)現(xiàn)，SmCoAsO在低于45K的TN1是一個(gè)A型的反鐵磁.它就是在CoAs層來(lái)自Co離子序反鐵磁磁矩.但它們?cè)贑oAs層排布成反鐵磁序.沿c軸的反鐵磁耦合是微弱的，所以通過(guò)磁場(chǎng)反鐵磁序可以轉(zhuǎn)變成鐵磁序.在5.6K左右，稀土Sm離子的局部磁矩形成了反鐵磁序.Sm離子間的磁耦合有交互作用.能帶計(jì)算和運(yùn)輸性質(zhì)都表明，Co的3d電子本質(zhì)上是巡游的.在45K以下，4f電子與3d電子相互作用引起的鐵磁態(tài)到反鐵磁態(tài)的轉(zhuǎn)變而實(shí)現(xiàn)的.

圖6 SmCoAsO的磁相圖［20］Figure 6 Magnetic phase diagram of SmCoAsO［20］

4 結(jié) 語(yǔ)

超導(dǎo)電性發(fā)現(xiàn)已經(jīng)超過(guò)100周年了，但是尋找轉(zhuǎn)變溫度較高的超導(dǎo)材料和揭示高溫超導(dǎo)機(jī)理目前仍然是超導(dǎo)研究的兩大主題.對(duì)此，作者不敢有過(guò)多的斷言，僅提出兩點(diǎn)淺見(jiàn)：

1）高溫超導(dǎo)電性的微觀機(jī)理探索.雖然已經(jīng)有了不少理論可以解釋一些高溫超導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但是研究現(xiàn)狀仍然處于“瞎子摸象”階段.我們認(rèn)為：鐵基超導(dǎo)體和銅氧化物超導(dǎo)體雖然具有相同的層狀結(jié)構(gòu)和電子相圖，但銅無(wú)磁性而鐵含磁，因此從鐵基超導(dǎo)體的磁性出發(fā)探索超導(dǎo)電性的微觀機(jī)理，定能提供一些有益線索.由于高溫超導(dǎo)電性的微觀機(jī)理研究要求高、難度大，未來(lái)的研究仍將起起落落，這也給有志于此的科學(xué)家提供了更加精彩的舞臺(tái).

2）新型超導(dǎo)體探索.由于超導(dǎo)電性的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和世界能源的緊張，探索新的超導(dǎo)體、尤其是室溫超導(dǎo)體，將永遠(yuǎn)是科學(xué)家的夢(mèng)想.由于銅基超導(dǎo)體和鐵基超導(dǎo)體都采取“導(dǎo)電層＋蓄電庫(kù)層”的層狀結(jié)構(gòu)，且均由絕緣母體化合物通過(guò)摻雜而來(lái)，我們探索新型超導(dǎo)體時(shí)，則可以層狀結(jié)構(gòu)為范式尋找非鐵非銅的第三類(lèi)、第四類(lèi)……高溫超導(dǎo)體.

［1］BEDNOR J D，MüLLER K A.Possible high Tc superconductivity in the Ba－La－Cu－O system ［J］.Z Phys B－Condensed Matter，1986，64：189－193.

［2］WU M K，ASHBURN J R TORNG C J.Superconductivity at 93Kin a new mixed－phase Y－Ba－Cu－O compound system at ambient pressure［J］.Phys Rev Lett，1987，58：908－910.

［3］趙忠賢，陳立泉，楊乾聲.等，Ba－Y－Cu氧化物液氮溫區(qū)的超導(dǎo)電性［J］.科學(xué)通報(bào)，1987，32（4）：412－414.

［4］MAEDA H，TANAKA Y，F(xiàn)UKUTUMI M，et al.A new high－Tc Oxide superconductor without a rare earth element［J］.Jpn J Appl Phys，1988，27（2）：L209－L210.

［5］SHENG Z Z，HERMANN A M.Bulk superconductivity at 120Kin the Tl－Ca／Ba－Cu－O system［J］.Nature，1988，332：138－139.

［6］SCHILLING A，CANTONI M，GUO J D，et al.Superconductivity above 130Kin the Hg－Ba－Ca－Cu－O system［J］.Nature，1993，363：56－58.

［7］GAO L，XUE Y Y，CHEN F，et al.Superconductivity up to 164Kin HgBa2Cam－1CumO2m＋2＋δ（m＝1，2，and 3）un－der quasihydrostatic pressures［J］.Phys Rev B，1994，50：4260－4263.

［8］KAMIHARA Y，WATANABE T，HIRANO M，et al.I－ron－based layered superconductor La［O1－xFx］FeAs（x ＝0.05～0.12）with Tc＝26K［J］.J Am Chem Soc，2008，130：3296－3297.

［9］PAGLIONE J，GREENE R L.High－temperature superconductivity in iron－based materials［J］.Nature Physics，2010，6：645－658.

［10］ALLAN M P，ROST A W，MACKENZIE A P，et al.Anisotropic energy gaps of iron－based superconductivity from intraband quasiparticle interference in LiFeAs［J］.Science，2012，336（6081）：563－567.

［11］LIU M S，HARRIGER L W，LUO H Q，et al.Nature of magnetic excitations in superconducting BaFe1.9Ni0.1As2［J］.Nature Physics，2012，8：376－381.

［12］GUO J G，JIN S F，WANG G，et al.Superconductivity in the iron selenide KxFe2Se2（0≤x≤1.0）［J］.Physical Review B，2010，82（18）：180520：1－4.

［13］LUAN L，LIPPMAN T M，HICKS C W，et al.Local measurement of the superfluid density in the pnictide superconductor Ba（Fe1－xCox）2As2across the superconducting dome［J］.Physical Review Letter，2011，106（6）067001：1－4.

［14］YEOH W K，GANLT B，CUI X Y，et al.Direct observation of local potassium variation and its correlation to electronic in homogeneity in （Ba1－xKx）Fe2As2pnictide［J］.Physical Review Letter，2011，106（24）247002：1－4.

［15］ROTTER M，PANGERL M，TEGEL M，et al.Superconductivity and crystal structures of（Ba1－xKx）Fe2As2（x＝0－1）［J］.Angew Chem Int Ed，2008，47（41）：7949－7952.

［16］CANFIELD P C，BUD'KO S L，F(xiàn)eAs－based superconductivity：a case study of the effects of transition metal doping on BaFe2As2［J］.Annual Review of Condensed Matter Physics，2010，1：27－50.

［17］KASAHARA S，SHIBAUCHI T，HASHIMOTO K et al.Evolution from non－fermi－to fermi－liquid transport via isovalent doping in BaFe2（As1－xPx）2superconductors［J］.Physical Review B，2010，81（18）：18451－9：1－5.

［18］LYNNM J W，DAI P C，Neutron studies of the ironbased family of high Tc magnetic superconductors［J］.Physica C，2009，469（9－12）：469－476.

［19］陳永亮.ReFeAsO中的超導(dǎo)電性和ReCoAsO的磁性研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2010.

［20］LI Y K，TONG J，HAN H，et al.Magnetic properties of cobalt－based oxypnictide SmCoAsO［J］.Science China Physics，Mechanics ＆ Astronomy，2010，53（7）：1194－1198.