聞海虎

(南京大學(xué)物理學(xué)院，江蘇 南京 210093)

鐵基超導(dǎo)體材料和物理研究

聞海虎

(南京大學(xué)物理學(xué)院，江蘇 南京 210093)

摘要：自2008年初在鐵砷/鐵鹵(FeAs/FeSe)基材料中發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)電性以來，已經(jīng)有至少7種結(jié)構(gòu)類型的材料被合成出來了。其中在“1111”體系中，電阻和磁化測(cè)量得到的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可達(dá)56 K，而且有跡象表明超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度有可能會(huì)繼續(xù)升高。在鐵基超導(dǎo)體的正常態(tài)，有很多非常規(guī)電子特性，如反鐵磁性和四方-正交結(jié)構(gòu)相變等也被觀察到。鐵基超導(dǎo)體是典型的多帶超導(dǎo)體，具有較長(zhǎng)的相干長(zhǎng)度、近三維的電子特性、很高的上臨界磁場(chǎng)及不可逆磁場(chǎng)和很強(qiáng)的磁通釘扎能力等物理性質(zhì)，因此它們?cè)趶?qiáng)磁場(chǎng)方面有很好的應(yīng)用前景。簡(jiǎn)單綜述了鐵基超導(dǎo)材料的結(jié)構(gòu)類型，針對(duì)幾種主要結(jié)構(gòu)類型的性質(zhì)進(jìn)行了描述，對(duì)電子配對(duì)的機(jī)理問題作了比較詳盡的闡述，結(jié)合臨界電流和臨界磁場(chǎng)行為，展望了鐵基超導(dǎo)體的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：鐵基超導(dǎo)體；材料結(jié)構(gòu)類型；電子配對(duì)機(jī)制；應(yīng)用展望

1前言

鐵基超導(dǎo)體研究的突破發(fā)生在2008年2月底，日本東京工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家Hosono教授研究小組發(fā)現(xiàn)，在母體材料LaFeAsO中摻雜F元素可以實(shí)現(xiàn)26 K的超導(dǎo)電性[1]。這個(gè)發(fā)現(xiàn)掀開了高溫超導(dǎo)研究的新篇章。中國(guó)科學(xué)家因?yàn)橛虚L(zhǎng)期的基礎(chǔ)研究積累，敏銳地意識(shí)到這個(gè)新型超導(dǎo)體系的重要性，迅速跟進(jìn)，開展了一系列重要的研究工作，并發(fā)現(xiàn)了一大批新型超導(dǎo)結(jié)構(gòu)類型，創(chuàng)造并保持了Tc= 56 K的最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的世界記錄，同時(shí)在超導(dǎo)機(jī)理方面也獲得了重要進(jìn)展。本文簡(jiǎn)要綜述了鐵基超導(dǎo)體材料和物理研究的發(fā)展。

2鐵基超導(dǎo)體結(jié)構(gòu)類型

鐵砷基母體材料LnOFeAs (Ln=La, Pr, Ce, Nd, Sm等) 的研究歷史可以追溯到1974年美國(guó)杜邦公司Jeitschko等人開展的尋找新功能材料的系列工作。隨后德國(guó)的一個(gè)研究小組合成了系列的、具有同樣結(jié)構(gòu)(即ZrCuSiAs結(jié)構(gòu))的此類新材料。這些新材料被取名為四元磷氧化物L(fēng)nOMPn(Ln=La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu ，Gd；M=Mn，F(xiàn)e，Co，Ni；Pn=P，As)。這個(gè)體系空間群為P4/nmm，具有四方相層狀結(jié)構(gòu)，在c方向上以-(LnO)2-(MP)2-(LnO)2- 形式交替堆砌。對(duì)于母體材料而言，層和層之間電荷是平衡的，比如(LnO)+1和(MP)-1的電荷是平衡的。由于四元磷氧化物L(fēng)nOMPn(1111結(jié)構(gòu))中的一些材料在低溫下是超導(dǎo)體，因此這個(gè)體系構(gòu)建了銅氧化物之外的另一個(gè)層狀超導(dǎo)體家族。圖1給出了LaFeAsO (1111)和BaFe2As2(122)的結(jié)構(gòu)圖。

圖1　 LaFeAsO材料結(jié)構(gòu)示意圖(a)[1]，在每個(gè)位置進(jìn)行化學(xué)替換均可以產(chǎn)生超導(dǎo)電性；BaFe2As2 材料結(jié)構(gòu)示意圖(b)[7]，在Ba位置摻入K，或者在Fe位置摻入其他過渡金屬離子，如 Co，Ni，Ir，Ru，Rh，Pt等也會(huì)出現(xiàn)超導(dǎo)電性。通常的磁性原子Co，Ni等在這里不表現(xiàn)出磁性Fig.1　6The structure of the LaFeAsO phase(a)[1], superconductivity can be induced by doping to each site of the formula. The structure of BaFe2As2 phase(b)[7]. Superconductivity can be induced by doping either to the Ba site by K, or doping to the Fe site by Co，Ni，Ir，Ru，Rh，Pt. Usually Co and Ni are magnetic elements, but in these materials, they show no magnetism

在Hosono教授研究小組發(fā)現(xiàn)LaFeAsO1-xFx(x=0.05～0.12) 具有26 K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度后，新的一輪尋找高溫超導(dǎo)材料的浪潮再次到來。在短短的一年中，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了7種以上典型結(jié)構(gòu)，分別被稱為“11”(FeSe)，“111”(LiFeAs, NaFeAs)，“122” ((Ba，Sr，Ca)Fe2As2)，“1111” (REFeAsO，RE=稀土元素)，“32522” (Sr3Sc2O5Fe2As2)，“42622” (Sr4V2O6Fe2As2)和“43822” (Ca4Mg3O8Fe2As2)等。在全球超導(dǎo)研究者針對(duì)鐵基超導(dǎo)體的研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)中，中國(guó)科學(xué)家由于多年的基礎(chǔ)研究積累，認(rèn)識(shí)到該系統(tǒng)的重要性，迅速反應(yīng)，開展了一系列重要的科研工作，發(fā)現(xiàn)并合成了一些重要的超導(dǎo)體系，第一次利用化學(xué)摻雜，在常壓下測(cè)量到40 K以上的超導(dǎo)電性[2-3]，并迅速提升到55 K[4]。通過化學(xué)摻雜，首次獲得了空穴型摻雜的超導(dǎo)體[5]。圖2給出了截至2012年底之前發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)體幾個(gè)主要的結(jié)構(gòu)類型和相應(yīng)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。

3鐵基超導(dǎo)體系基本特征

3.1LnFeAsO (1111)體系

LnFeAsO體系是鐵基超導(dǎo)體最早研究的體系。Hosono教授研究小組在2006年已開始關(guān)注LaFePO材料， 發(fā)現(xiàn)有3～4 K的超導(dǎo)電性。很快他們報(bào)道了在F摻雜的LaFeAsO材料中發(fā)現(xiàn)了26 K的超導(dǎo)體[1]；在未摻雜的LaFeAsO材料中，他們發(fā)現(xiàn)在150 K左右電阻和磁化上面均有一個(gè)反常，后來發(fā)現(xiàn)這個(gè)反常是對(duì)應(yīng)反鐵磁相變和四方-正交結(jié)構(gòu)相變的，后者溫度稍高。通過化學(xué)摻雜或壓力，可以壓制反鐵磁和結(jié)構(gòu)相變，然后獲得超導(dǎo)電性。對(duì)于F摻雜的LnFeAsO體系，很難獲得全摻雜的區(qū)域。中科院物理所小組在2008年5月，利用助熔劑技術(shù)，很快生長(zhǎng)出了50～100 μm級(jí)的單晶，并結(jié)合微加工技術(shù)制備了微小電極，第一次在鐵基超導(dǎo)體上測(cè)量了本征的電輸運(yùn)特性[6]，發(fā)現(xiàn)了很小的各向異性度γ=(mab/mc)1/2≈5。到目前為止，如何生長(zhǎng)“1111”體系較大尺寸的單晶仍然具有挑戰(zhàn)性，一般很難獲得0.5 mm以上的單晶。人們嘗試了在As位置替換P、在Fe位置替換其他過渡金屬、在O位置替換H等方式，獲得了較寬的摻雜范圍，得到了較寬的電荷摻雜相圖。

圖2　鐵基超導(dǎo)體幾個(gè)主要結(jié)構(gòu)類型和相應(yīng)的已有報(bào)道的最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Fig.2　The seven kinds of major structures of the iron-based superconductors discovered by the end of 2012 and the highest Tc values of the related systems.

3.2BaFe2As2(122)體系

德國(guó)一研究小組在2008年6月報(bào)道了新結(jié)構(gòu)材料BaFe2As2，并且在幾天之后報(bào)道了空穴摻雜的鐵基超導(dǎo)體Ba1-xKxFe2As2，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可達(dá)38 K[7]。該體系可以拓展到SrFe2As2和CaFe2As2，也有反鐵磁性和四方-正交相變，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度大約在170 K～200 K，通過化學(xué)摻雜：Ba位置替代K、或者Fe位置替換其他過渡金屬，如Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Pt，Ir等，均可獲得超導(dǎo)電性。另外，很有意思的是，這個(gè)體系可以獲得極高空穴摻雜的超導(dǎo)體，如Ba被完全替換成K，變成KFe2As2也會(huì)獲得超導(dǎo)電性，其轉(zhuǎn)變溫度為3.6 K。在該體系中，費(fèi)米面和超導(dǎo)能隙如何演變是目前研究人員關(guān)心的核心問題。圖3為該體系的電子態(tài)相圖。

圖3　BaFe2As2體系電子態(tài)相圖。左邊是電子型摻雜，右邊是空穴型摻雜。在空穴極度摻雜的KFe2As2中仍然具有超導(dǎo)電性Fig.3　The electronic phase diagram of the BaFe2As2 system. The left hand corresponds to the electron doping, the right hand side gives the hole doping. Superconductivity maintains even in the extremely hole doping limit, as in KFe2As2

3.3LiFeAs/NaFeAs體系

LiFeAs體系是2008年夏天被發(fā)現(xiàn)[8-9]，后來擴(kuò)展到NaFeAs體系。NaFeAs體系的母體就具有超導(dǎo)電性，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度在15 K左右，同時(shí)在45 K左右時(shí)具有反鐵磁轉(zhuǎn)變，而四方-正交相變的溫度在約60 K。通過向Fe位置摻入Co，在摻雜量為2%左右時(shí)，反鐵磁則被壓制到零溫，同時(shí)超導(dǎo)溫度達(dá)到22 K左右。該體系中，Li或Na自然分成兩層，因此在解理時(shí)會(huì)自然分開，形成沒有電極化的表面，便于開展掃描隧道[10]和角分辨光電子譜研究。該體系通過壓力調(diào)節(jié)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，并且同時(shí)利用核磁共振測(cè)量反映反鐵磁漲落的自旋晶格弛豫1/T1T，發(fā)現(xiàn)它與超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度密切相關(guān)[11]，進(jìn)一步說明超導(dǎo)與反鐵磁漲落有密切關(guān)系。

3.4FeTe1-xSex體系

最初的FeSe超導(dǎo)體是臺(tái)灣國(guó)立中央研究院和東華大學(xué)吳茂昆研究小組發(fā)現(xiàn)的。他們發(fā)現(xiàn)Fe稍微過量的四方結(jié)構(gòu)材料Fe1+xSe會(huì)表現(xiàn)出8 K左右的超導(dǎo)電性[12]。美國(guó)一研究小組也發(fā)現(xiàn)FeTe1-xSex中具有超導(dǎo)電性，并且有一個(gè)完整的電子態(tài)相圖[13]。四方結(jié)構(gòu)的FeTe具有反鐵磁性，其自旋方向與其他“1111”和“122” 體系的自旋方向相差45°，因此反鐵磁波矢在FeTe和“1111”，“122”這兩類系統(tǒng)中相差45°，大小也有差別。通過進(jìn)一步研究，人們發(fā)現(xiàn)這個(gè)體系中的電子關(guān)聯(lián)比其他系統(tǒng)都要強(qiáng)，電子重整化達(dá)到5～10倍。在該體系中，最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度大致發(fā)生在FeTe0.6Se0.4，溫度大致為15～20 K。非常有趣的是，此體系的上臨界磁場(chǎng)很高，在零溫下可達(dá)60 T(特斯拉)。最近有把它制成薄膜[14]，發(fā)現(xiàn)在30 T(特斯拉)磁場(chǎng)下，4.2 K下的臨界電流密度可達(dá)105A/cm2。

3.5KxFe2-ySe2體系

3.6FeSe單層薄膜

在鐵基超導(dǎo)材料研究方面，有一個(gè)重要的發(fā)展方向是關(guān)于FeSe單層薄膜的。清華大學(xué)一研究小組利用現(xiàn)代分子束外延技術(shù)，生長(zhǎng)出單層平整的FeSe薄膜，他們發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過處理的SrTiO3基片上面，制備的單層薄膜具有2個(gè)類似超導(dǎo)能隙特征， 大的能隙大約為22 mV[19]。按照在FeSe超導(dǎo)體中超導(dǎo)能隙和超導(dǎo)溫度的比值，他們推測(cè)對(duì)于22 mV能隙的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可達(dá)80 K。他們與北京大學(xué)另一研究小組合作測(cè)量發(fā)現(xiàn)，該薄膜的起始超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度約為50 K，零電阻出現(xiàn)在30 K左右[20]。中科院物理所和復(fù)旦大學(xué)一研究小組在單層薄膜上面開展的角分辨光電子譜實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了該能隙特征(如果能夠被認(rèn)定為超導(dǎo)能隙)可以持續(xù)到65 K[21]，或70 K左右消失[22]。但到目前為止，人們?nèi)匀慌υ贔eSe單層薄膜上探測(cè)到液氮溫區(qū)(77 K)以上溫度的電阻消失和邁斯納效應(yīng)。

4鐵基高溫超導(dǎo)電子配對(duì)機(jī)理

任何超導(dǎo)態(tài)都是由電子對(duì)的凝聚所形成的，因此要理解鐵基高溫超導(dǎo)就必須研究電子配對(duì)的機(jī)理。在傳統(tǒng)的Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)理論中，假設(shè)費(fèi)米面附近的兩個(gè)動(dòng)量和自旋方向相反的電子，在出現(xiàn)合適的庫倫屏蔽以后，借助于交換一個(gè)虛聲子的過程，形成電子對(duì)，而這些電子對(duì)凝聚形成超導(dǎo)態(tài)。這個(gè)圖像的前提是電子之間的庫倫相互作用被有效屏蔽掉，并且巡游電子之間的同位占據(jù)能量U很小，可以作為微擾項(xiàng)處理。總之，BCS理論建立的基本假設(shè)是電子之間的庫倫關(guān)聯(lián)很弱。但是這個(gè)條件在高溫超導(dǎo)材料中似乎不再成立，至少需要很大的修正。

鐵基超導(dǎo)體是目前凝聚態(tài)物理研究的核心問題之一。在鐵基超導(dǎo)體中對(duì)超導(dǎo)起到關(guān)鍵作用的是FeAs所構(gòu)成的平面。簡(jiǎn)單的能帶計(jì)算表明鐵3d軌道的6個(gè)電子參與導(dǎo)電，形成多能帶和多費(fèi)米面的情況，見圖4所示。鑒于早期在LaFeAsO中開展的中子衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果[23]，母體的反鐵磁波矢剛好連接空穴和電子口袋，因此，Mazin[24-25]和Kuroki[26]等人想到電子是通過交換反鐵磁漲落，在空穴和電子口袋間躍遷而產(chǎn)生配對(duì)。通過這種對(duì)散射過程，可以借助于BCS理論推導(dǎo)一些基本步驟，得出：

(1)

這里的Δ(k)和Δ(k’)分別是參與配對(duì)散射的電子在散射前后波矢k,k’處的能隙大小，Vk,k’是電子對(duì)散射過程中的散射矩陣元。對(duì)于電子-電子相互作用導(dǎo)致的配對(duì)，Vk,k’自然是正值。因此Δ(k)和Δ(k’)必然符號(hào)相反，也就是說電子在配對(duì)散射前后動(dòng)量位置的能隙符號(hào)相反。這在銅氧化合物中發(fā)現(xiàn)的d-波對(duì)稱性就是一個(gè)典型的例子。

對(duì)于鐵基超導(dǎo)體，超導(dǎo)配對(duì)能隙對(duì)稱性仍然不清楚。圖4中給出了鐵基超導(dǎo)體典型的費(fèi)米面形狀和假設(shè)的電子配對(duì)躍遷過程?；谇笆龅耐瑯永碛?，在躍遷前后的動(dòng)量點(diǎn)的能隙符號(hào)必須相反，因此Mazin和Kuroki等人提出來了S± 配對(duì)方式，即在空穴和電子費(fèi)米面上面的能隙都是接近各向同性的，但是符號(hào)相反。早期的角分辨光電子能譜實(shí)驗(yàn)[27]發(fā)現(xiàn)能隙在電子和空穴費(fèi)米面上面確實(shí)比較各向同性。在這樣一個(gè)格局下，原來在銅氧化物超導(dǎo)體中的相位敏感試驗(yàn)很難在現(xiàn)實(shí)空間實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槊總€(gè)費(fèi)米面上的費(fèi)米速度幾乎是各向同性的。最近作者團(tuán)隊(duì)通過引入無磁性雜質(zhì)，在雜質(zhì)點(diǎn)及其周圍觀察到具有“指紋特征”的雜質(zhì)態(tài)，給出了支持S±配對(duì)的強(qiáng)烈實(shí)驗(yàn)證據(jù)[28]。

圖4　鐵基超導(dǎo)體典型的費(fèi)米面和假設(shè)的電子對(duì)散射過程。這里布里淵區(qū)中間Γ點(diǎn)附近的小口袋是空穴口袋，而四周M和M’點(diǎn)的口袋是電子口袋。箭頭標(biāo)識(shí)的是一定自旋方向的電子，空心箭頭表示躍遷前，實(shí)心箭頭標(biāo)識(shí)躍遷后的電子狀態(tài)Fig.4　The proposed pair scattering process in the iron based superconductors. The small pocket in the Brillouin zone center, near the Γ point corresponds to the hole pocket, while those in the edge near M and M’ points are electron pockets. The open and filled arrows represent the electrons with fixed spin direction, before and after the scattering process

對(duì)于鐵基超導(dǎo)體電子配對(duì)的機(jī)理，還有另外的物理圖像，即基于局域自旋交換的配對(duì)方式。此類圖像建立的背景是假設(shè)鐵基超導(dǎo)體與銅氧化物超導(dǎo)體一樣，具有很強(qiáng)的電子關(guān)聯(lián)特性[29]。因此，電子可以通過局域的反鐵磁作用而配對(duì)，從維像的角度可以寫出能隙函數(shù)為Δs∝coskx+cosky或Δs∝coskxcosky，甚至是d-波形式。結(jié)合角分辨光電子譜的數(shù)據(jù)，即在中心的Γ費(fèi)米面上是各向同性的，因此僅可能是S±兩種配對(duì)函數(shù)中的一種。另外，也有提議鐵基超導(dǎo)體中的電子配對(duì)是由于劇烈的軌道漲落(主要是dxz和dyz)而出現(xiàn)的，能隙是S形式[30]。鐵基超導(dǎo)體的電子配對(duì)機(jī)理研究正在深入中，到達(dá)徹底的理解還需時(shí)日。對(duì)鐵基超導(dǎo)材料和物理進(jìn)展感興趣的讀者可以參考最近的一些綜述文獻(xiàn)[31-37]。

5鐵基超導(dǎo)體的混合態(tài)特性和應(yīng)用展望

鐵基超導(dǎo)體表現(xiàn)出非常高的臨界磁場(chǎng)-溫度比，即dHc2/dT, 可以達(dá)到-10T/K。 直接的測(cè)量已經(jīng)揭示“1111”體系的低溫上臨界磁場(chǎng)可接近100 T(特斯拉)，“122”體系和 “11”體系統(tǒng)在低溫上臨界磁場(chǎng)都可以達(dá)到50 T(特斯拉)以上。幾種高溫超導(dǎo)體系的上臨界磁場(chǎng)的數(shù)據(jù)顯示在圖5中，可見Ba0.6K0.4Fe2As2超導(dǎo)體的上臨界磁場(chǎng)在低溫端非常高，超出其他很多超導(dǎo)體系[38]。因此完全可以預(yù)期鐵基超導(dǎo)體在強(qiáng)磁場(chǎng)磁體方面有非常好的應(yīng)用預(yù)期。近期的研究結(jié)果表明，在FeSe0.5Te0.5超導(dǎo)薄膜中，盡管超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度只有約18 K，但是在4.2 K和30 T(特斯拉)下，承載的超導(dǎo)電流密度[14]可以達(dá)到105A/cm2。這是一個(gè)非常高的指標(biāo)，已經(jīng)初步滿足一些應(yīng)用的需求，而且制備技術(shù)是比較成熟的Pulsed-Laser-Deposition(PLD)技術(shù)。 利用粉末套管和軋制技術(shù)，中科院電工研究所在Sr1-xKxFe2As2材料方面制備出的導(dǎo)線，在 4.2 K臨界電流可以達(dá)到100 000 A/cm2，處于國(guó)際領(lǐng)先水平[39]。圖5給出了鐵基超導(dǎo)體和其他一些超導(dǎo)體上臨界磁場(chǎng)隨溫度的變化。可以看出，鐵基超導(dǎo)體具有很高的上臨界磁場(chǎng)，尤其是 Ba0.6K0.4Fe2As2超導(dǎo)體，在液氦溫度可以達(dá)到100 T(特斯拉)的量級(jí)，因此鐵基超導(dǎo)體在強(qiáng)磁場(chǎng)應(yīng)用中會(huì)很有潛力。以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部973計(jì)劃項(xiàng)目、高校985計(jì)劃的支持，在此一并感謝。如有不妥及不全之處，敬請(qǐng)諒解。

圖5　鐵基超導(dǎo)體系與其他超導(dǎo)體系上臨界磁場(chǎng)的比較[38]Fig.5　The comparison of the upper critical field Hc2 of the iron-based superconductors and other superconductors [38]

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(編輯：王方)

特約撰稿人張平祥

張平祥:男，1965年生，教授、博士生導(dǎo)師。中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)常務(wù)理事、國(guó)家磁約束核聚變技術(shù)專家委員會(huì)委員、國(guó)際低溫工程委員會(huì)委員。長(zhǎng)期從事低溫及高溫超導(dǎo)材料的制備工藝、磁通釘扎特性、微觀組織和元素替代效應(yīng)等方面的研究。主持和參與了“八五”至“十二五”超導(dǎo)科技攻關(guān)、“863”、“973”、國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)防軍工配套等30余項(xiàng)科研項(xiàng)目的研究工作。先后在波蘭科學(xué)院物理所、法國(guó)國(guó)家科研中心、奧地利原子能大學(xué)、日本東北大學(xué)金屬材料研究所、日本豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)等單位從事低溫及高溫超導(dǎo)材料領(lǐng)域相關(guān)合作研究工作。作為主要完成人獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)8項(xiàng)，先后發(fā)表了150余篇學(xué)術(shù)論文，獲授權(quán)發(fā)明專利30余項(xiàng)。入選國(guó)家級(jí)新世紀(jì)百千萬人才，被評(píng)為政府特殊津貼專家、陜西省科技新星、陜西省有突出貢獻(xiàn)專家 。

特約撰稿人聞?；?/p>

聞?；ⅲ耗?，1964年生，南京大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師；國(guó)家“十五”863計(jì)劃“超導(dǎo)應(yīng)用研究”專家組副組長(zhǎng)，國(guó)家杰出青年基金獲得者, 長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授， 入選國(guó)家“百千萬人才工程”(2013年)，2014年擔(dān)任科技部?jī)?yōu)秀創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人；擔(dān)任國(guó)際Elsevier出版系統(tǒng)超導(dǎo)專門雜志 Physica C, Philosophical Magazine, 《中國(guó)科學(xué)G輯》，《物理》，Chinese Physics Letters等雜志的編委。主要從事高溫超導(dǎo)材料和物理問題研究。在包括Nature Physics， Nature Communications在內(nèi)的SCI 雜志上發(fā)表論文 280 余篇，他人引用超過5400次，h-index 達(dá)41, 在國(guó)內(nèi)外會(huì)議上作邀請(qǐng)報(bào)告近百場(chǎng)。2000年獲中國(guó)青年科技獎(jiǎng)，2004年作為第一完成人獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，2009年獲香港求是杰出科技成就集體獎(jiǎng)，2010年獲海外華人物理學(xué)會(huì)頒發(fā)的亞洲成就獎(jiǎng)，2014年參與完成的鐵基超導(dǎo)研究獲得國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)(第四完成人)。

Iron-Based Superconducting Materialsand Pairing Mechanism

WEN Haihu

(School of Physics，Nanjing University，Shanghai 210093，China)

Abstract：Since the discovery of high temperature superconductivity in the iron pnictide/ chalcogenide materials，at least seven related structural types have been fabricated. In the 1111 system, the highest superconducting transition temperature (Tc) measured by resistivity and magnetization can reach 56 K. There are some hints that the Tccan be increased to higher values. The iron-based superconductors have multiband feature. Many unconventional electronic properties in the normal state of iron-based superconductors have been discovered. The iron based superconductors have relatively longer coherence length, more three dimensional electronic property， higher upper critical field and irreversibility field，very strong flux pinning, therefore they have the great potential for applications for producing high magnetic field. In this short overview，we will give a brief survey about the development of materials and physics of iron-based superconductors. We give detailed descriptions on the properties for several kinds of materials with the major structures. In addition，we will give an introduction about the present understanding of the pairing mechanism. Finally we will try to give a perspective on the potential applications of the iron-based superconductors.

Key words：iron-based superconductors；overview on structural types；pairing mechanism；application perspectives

中圖分類號(hào)：TM26

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-3962(2015)01-0073-06

DOI:10.7502/j.issn.1674-3962.2015.01.07

通訊作者：聞?；?，男，1964年生，教授，博士生導(dǎo)師，Email:hhwen@nju.edu.cn

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金委(11034011/A0402)、科技部973計(jì)劃項(xiàng)目(2011CBA00102，2012CB821403)、高校985計(jì)劃項(xiàng)目資助

收稿日期：2014-08-18