李妙聰 陶前 許祝安2)?

1) (浙江大學(xué)物理學(xué)系,浙江省量子技術(shù)與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州 310027)

2) (浙江大學(xué),硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州 310027)

在鐵基超導(dǎo)體中存在著多種有序態(tài),例如電子向列相和自旋密度波等,從而呈現(xiàn)出豐富的物理現(xiàn)象.輸運(yùn)性質(zhì)的測(cè)量能為認(rèn)識(shí)鐵基超導(dǎo)體的低能激發(fā)提供極為有用的信息.鐵砷超導(dǎo)體由于其電子結(jié)構(gòu)的多能帶特性,其電阻率和霍爾系數(shù)與溫度的關(guān)系出現(xiàn)多樣性的變化,但在正常態(tài)并沒(méi)有看到有類(lèi)似銅氧化物超導(dǎo)體的贗能隙打開(kāi)等奇異行為.在空穴型摻雜的鐵基超導(dǎo)體中觀測(cè)到霍爾系數(shù)在低溫下變號(hào),對(duì)應(yīng)溫區(qū)的電阻率上出現(xiàn)一個(gè)很寬的鼓包等,可能是從非相干到相干態(tài)的轉(zhuǎn)變.熱電勢(shì)行為也表現(xiàn)出與銅氧化物超導(dǎo)體的明顯差異,比如鐵基超導(dǎo)體的正常態(tài)熱電勢(shì)的絕對(duì)值反而在最佳摻雜區(qū)是最大的,這也許跟強(qiáng)的帶間散射有關(guān).能斯特效應(yīng)表明鐵基超導(dǎo)體在 Tc 以上的超導(dǎo)位相漲落并不明顯,與銅氧化物超導(dǎo)體存在明顯差別.在鐵基超導(dǎo)體上所顯示出來(lái)的這些反常熱電性質(zhì),并沒(méi)有在類(lèi)似結(jié)構(gòu)的鎳基超導(dǎo)體(如LaNiAsO)上觀測(cè)到,鎳基超導(dǎo)體表現(xiàn)得更像一個(gè)通常的金屬.這些均說(shuō)明鐵基超導(dǎo)體的奇異輸運(yùn)性質(zhì)與其高溫超導(dǎo)電性存在內(nèi)在的關(guān)聯(lián),這些因素是建立其超導(dǎo)機(jī)理時(shí)需要考慮進(jìn)去的.

1 引 言

自2008年在電子型摻雜的LaFeAsO體系中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)臨界溫度高達(dá)26 K的超導(dǎo)電性以來(lái)[1],鐵基超導(dǎo)體成為除銅氧化物高溫超導(dǎo)體之外另一個(gè)新型高溫超導(dǎo)材料家族,吸引了大量的研究.隨后眾多不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型的鐵基超導(dǎo)體相繼被發(fā)現(xiàn),按照其晶體結(jié)構(gòu)劃分,主要有四種類(lèi)型,分別為“1111”型、“122”型、“111”型、“11”型.其中“11”型的FeSe 超導(dǎo)體,不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,并且其電子結(jié)構(gòu)中沒(méi)有空穴型費(fèi)米面,打破了原先對(duì)FeAs基超導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)[2,3].以FeSe作為基元,還衍生出一系列特殊的多層結(jié)構(gòu),例如在FeSe層間插入堿金屬得到的 A Fe2-δSe2超導(dǎo)體（A代表堿金屬元素）,或插入含氫氧根基團(tuán)得到的“11111”型超導(dǎo)體(Li,Fe)(OH)FeSe[4,5]以及插入有機(jī)分子得到的超導(dǎo)體(CTA)xFeSe[6]和 (TBA)xFeSe[7].另外,還有近期發(fā)現(xiàn)的“1144”型[8]以及兩個(gè)“122”型和一個(gè)“1111”型組合得到的“12442”型等超導(dǎo)體[9].這些鐵基超導(dǎo)材料在結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)在于都存在FeAs(Se)層.此外,類(lèi)似于銅基超導(dǎo)體,在鐵基超導(dǎo)體中大多存在反鐵磁序等與超導(dǎo)共存的序參量,因此,鐵基超導(dǎo)體的正常態(tài)性質(zhì)同樣非常豐富,存在著自旋密度波 (spin density wave,即 SDW),軌道序和向列相等有序態(tài),以及量子臨界行為等.各種反常金屬行為在輸運(yùn)性質(zhì)上常表現(xiàn)出一些特征,例如在從高溫一直到很低溫下的線(xiàn)性電阻率是銅氧化物作為關(guān)聯(lián)電子體系的一個(gè)標(biāo)志性特征.輸運(yùn)性質(zhì)往往是認(rèn)識(shí)非常規(guī)超導(dǎo)體反常的正常態(tài)性質(zhì)以及這些現(xiàn)象與超導(dǎo)電性之間的關(guān)系的一個(gè)重要線(xiàn)索,同時(shí)可以幫助我們更好地理解超導(dǎo)機(jī)理.

本文簡(jiǎn)要綜述了鐵基超導(dǎo)體的輸運(yùn)性質(zhì)和熱電性質(zhì),包括電阻率、霍爾系數(shù)以及熱電勢(shì)和能斯特效應(yīng),試圖揭示鐵基超導(dǎo)存在的低能激發(fā)的信息,并與銅氧化物超導(dǎo)體進(jìn)行對(duì)比,期望推動(dòng)對(duì)鐵基超導(dǎo)電性的進(jìn)一步理解.

2 電阻率

2.1 不同體系中電阻率隨著摻雜濃度的變化

大多數(shù)鐵基超導(dǎo)體的母體都表現(xiàn)出具有反鐵磁序的金屬行為.通過(guò)空穴、電子、或者化學(xué)等價(jià)摻雜、施加高壓等手段可以逐步壓制母體的反鐵磁序從而誘導(dǎo)出超導(dǎo)電性.但在不同的體系中,電阻率的變化與摻雜濃度之間的關(guān)系不盡相同,同時(shí)與摻雜的類(lèi)型也存在著很大的關(guān)系,這與銅氧化物超導(dǎo)體有所不同.

“1111”型體系是最先發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)體,也是目前為止發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)中塊體超導(dǎo)溫度最高的鐵基超導(dǎo)體系.以“1111”體系中的LaFeAsO為例,母體在TN～138 K 形成反鐵磁序,Ts～156 K 處發(fā)生結(jié)構(gòu)相變,這一結(jié)果也被穆斯保爾實(shí)驗(yàn)所證實(shí)[10].該結(jié)構(gòu)相變和反鐵磁有序,在電阻率與溫度關(guān)系上可以清楚地看到對(duì)應(yīng)變化.從“1111”體系母體的輸運(yùn)行為上可以看到,其金屬性并不好,但區(qū)別于銅基超導(dǎo)體母體的絕緣體行為.而對(duì)其進(jìn)行不同的摻雜,得到的電阻率行為不盡相同.在空穴型摻雜時(shí),隨著摻雜濃度的變化,電阻率上的異常逐漸被抑制,但仍會(huì)一直存在,甚至在最佳摻雜的相區(qū)也存在.繼續(xù)增大摻雜濃度至超導(dǎo)電性消失時(shí),電阻率在高溫的異常鼓起仍然可以觀測(cè)到[11][12].同時(shí)空穴型摻雜的濃度范圍很小.總之,“1111”型體系中空穴型摻雜的情況仍有諸多不清楚的地方,存在著一些爭(zhēng)議.在化學(xué)等價(jià)摻雜的體系中(例如P部分替代As),研究發(fā)現(xiàn)隨著摻雜濃度的上升,正常態(tài)電阻率上的異常迅速被抑制[13].此外,研究還發(fā)現(xiàn)P摻雜的相圖中存在兩個(gè)超導(dǎo)區(qū)域[14],初始為反鐵磁態(tài),隨著摻雜濃度上升,反鐵磁被壓制； 但隨著進(jìn)一步摻雜,在超導(dǎo)態(tài)消失后會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)反鐵磁態(tài),而進(jìn)一步的摻雜又會(huì)壓制該反鐵磁誘導(dǎo)出另一個(gè)新超導(dǎo)態(tài).在上述兩個(gè)不同區(qū)域的超導(dǎo)態(tài)中,可能存在不同的費(fèi)米面結(jié)構(gòu).而在電子型摻雜的“1111”型體系中,隨著摻雜濃度的上升,電阻率在高溫的異常(對(duì)應(yīng)反鐵磁有序和結(jié)構(gòu)相變)逐漸被壓制直至消失,超導(dǎo)電性才會(huì)出現(xiàn).在較高溫度下,電子型摻雜體系的電阻率與溫度之間的依賴(lài)關(guān)系幾乎是線(xiàn)性的,而到了低溫下則變成費(fèi)米液體行為,似乎存在一個(gè)從非費(fèi)米液體行為到費(fèi)米液體行為的轉(zhuǎn)變[15,16].有理論解釋該轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N“非相干”到“相干”(incoherence-coherence)的轉(zhuǎn)變,主要來(lái)源于洪德耦合定則的貢獻(xiàn)[17].此外鐵基超導(dǎo)體與銅基超導(dǎo)體相比的一個(gè)不同之處在于“1111”體系可通過(guò)對(duì)FeAs面中Fe位摻雜Co或Ni等原子引入電子而得到超導(dǎo)[18].而在銅基超導(dǎo)體中,一旦在CuO面內(nèi)引入雜質(zhì)就會(huì)破壞其超導(dǎo)電性.

在“122”型體系中,也存在類(lèi)似的摻雜相圖,但其電阻率的變化與“1111”不太相同.如圖1(c)所示,在空穴型摻雜時(shí),電阻率與溫度之間的關(guān)系以及電阻率的量級(jí)隨著摻雜濃度的改變基本保持不變[19,20],此外在較高溫處均存在一個(gè)鼓包的行為,其代表了從“非相干”到“相干”電子的轉(zhuǎn)變.而最近在過(guò)摻雜的 AFe2As2(A = K,Cs,Rb)的核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,即NMR) 實(shí)驗(yàn)則表明其為一種演生的近藤晶格(emergent Kondo lattice) 的行為[21].此外,有研究還發(fā)現(xiàn)電阻率在低溫的行為發(fā)生了改變,并可對(duì)80 K以下的電阻率用公式ρ=ρ0+A×Tn(式中ρ和ρ0分別代表電阻率和剩余電阻率,A和n代表擬合參數(shù))進(jìn)行擬合更加清晰地看出： 在最佳摻雜濃度附近時(shí),指數(shù)n趨向于1,電阻率與溫度之間存在幾乎線(xiàn)性關(guān)系[22],表明在最佳摻雜附近可能存在量子臨界行為.但是如圖1(a)、(b)所示,在電子型以及等化學(xué)價(jià)摻雜的情況下,電阻率與溫度關(guān)系會(huì)隨著摻雜濃度增加發(fā)生明顯的變化[19,20]： 首先其室溫電阻率隨著電子摻雜濃度的上升而不斷下降； 其次,電阻率的行為會(huì)逐漸從初始的溫度線(xiàn)性關(guān)系變成溫度平方關(guān)系,即從非費(fèi)米液體行為過(guò)渡到費(fèi)米液體行為[23].

“11”型體系的FeSe是目前為止發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的鐵基超導(dǎo)體[24].與其它鐵基超導(dǎo)體不同之處在于其正常態(tài)沒(méi)有反鐵磁序,但存在結(jié)構(gòu)相變.通過(guò)摻雜Te或者S可以壓制結(jié)構(gòu)相變[25,26],而中子散射實(shí)驗(yàn)表明在Te過(guò)量摻雜的樣品中存在短程的SDW漲落[27],顯示在該體系中磁性與超導(dǎo)電性之間也應(yīng)該存在密切的關(guān)系.

圖1 各摻雜濃度下的面內(nèi)電阻率隨溫度變化的曲線(xiàn),分別為以下樣品： (a) Ba(Fe1—xCox)2As2,(b) BaFe2(As1—xPx)2,(c) Ba1—xKx Fe2As2[19]Fig.1.Doping evolution of the temperature dependence of the in-plane resistivity for (a) Ba(Fe1—xCox)2As2,(b) BaFe2(As1—xPx)2,and(c) Ba1—xKxFe2As2[19].

從上述這些典型的材料可以看出,在鐵基超導(dǎo)體中,磁性和超導(dǎo)電性之間既是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,同時(shí)也存在密切的關(guān)聯(lián).通過(guò)多種摻雜方式可以壓制體系中的反鐵磁序,從而誘導(dǎo)出超導(dǎo).此外也可以看到,在摻雜過(guò)程中,體系正常態(tài)的性質(zhì)也會(huì)發(fā)生改變,會(huì)伴隨出現(xiàn)非費(fèi)米液體的行為.而在不同體系之間也存在著明顯的區(qū)別： 在“1111”體系中,表現(xiàn)為從高溫的非費(fèi)米液體行為過(guò)渡到低溫的費(fèi)米液體； 但在“122”體系中,只在最佳摻雜附近出現(xiàn)低溫下的非費(fèi)米液體行為.上述兩種區(qū)別有待進(jìn)一步的理論解釋.作為對(duì)比,在空穴型的銅氧化物超導(dǎo)體中,電阻率與溫度關(guān)系隨著摻雜濃度的變化有一個(gè)普適性的規(guī)律,即在欠摻雜區(qū)域,電阻率上存在一個(gè)被認(rèn)為是贗能隙引起的特征溫度T?,在T?以下電阻率會(huì)被壓制而偏離線(xiàn)性溫度關(guān)系； 在最佳摻雜區(qū),則電阻率的線(xiàn)性溫度關(guān)系會(huì)一直延伸到非常低的溫度,明顯偏離費(fèi)米液體理論； 到了過(guò)摻雜區(qū)域,電阻率溫度關(guān)系逐漸演變?yōu)闇囟绕椒降馁M(fèi)米液體行為.

2.2 各向異性

由于鐵基超導(dǎo)體中存在向列相,電阻率在ab面內(nèi)存在著各向異性.受到可獲得的高質(zhì)量單晶所限制,目前輸運(yùn)性質(zhì)的各向異性研究主要集中在“122”以及“11”體系.在“122”體系中,不同的摻雜對(duì)各向異性有很大的影響.在電子摻雜的“122”體系中,在結(jié)構(gòu)相變溫度以上可明顯地看到ab面內(nèi)a方向和b方向的電阻存在著巨大的差異[28,29],該種向列相并非來(lái)源于結(jié)構(gòu)相變的結(jié)構(gòu)畸變,而是由電子結(jié)構(gòu)的變化引起.在等位摻雜的EuFe2(As1—xPx)2中進(jìn)行的扭矩實(shí)驗(yàn)也證實(shí)在結(jié)構(gòu)相變之上存在向列相[30].而對(duì)于空穴摻雜,當(dāng)摻雜濃度較小時(shí),并未看到明顯的各向異性； 隨著濃度增大各向異性的符號(hào)發(fā)生了反轉(zhuǎn),并且一直保持到低溫[31,32].理論計(jì)算當(dāng)位于向列相時(shí)由于自旋漲落的存在,導(dǎo)致各向異性的散射,從而引發(fā)符號(hào)的變化,即表明在向列相的順磁態(tài)中,磁散射占據(jù)了主要地位.從上述實(shí)驗(yàn)可以看出自旋漲落對(duì)鐵基超導(dǎo)體正常態(tài)性質(zhì)的重要作用,同時(shí)也說(shuō)明了非常規(guī)超導(dǎo)與磁性之間的密切聯(lián)系.

此外,在“122”體系的 Ba(Fe1—xCox)2As2材料中進(jìn)行的應(yīng)力效應(yīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),處于最佳摻雜時(shí),即使施加很小的應(yīng)力,Tc仍會(huì)減小 5倍以上； 隨著應(yīng)力逐漸增大,最后表現(xiàn)為完全的金屬態(tài)[33],表明向列相的漲落對(duì)電子配對(duì)的可能作用.但同時(shí)發(fā)現(xiàn),Tc與應(yīng)力之間的關(guān)系會(huì)隨著摻雜而發(fā)生改變.在最佳摻雜附近,Tc與拉伸、壓縮之間的應(yīng)力基本呈對(duì)稱(chēng)關(guān)系.而隨著摻雜濃度的增加兩者會(huì)逐漸變成線(xiàn)性關(guān)系,表明可能存在反鐵磁序或者漲落的影響,并有待更進(jìn)一步的研究.至于在“1111”體系中,研究表明在母體中,同樣在結(jié)構(gòu)相變之上就發(fā)現(xiàn)了各向異性的存在[34],說(shuō)明向列相也不是由于結(jié)構(gòu)畸變導(dǎo)致的.而在“11”體系的 FeSe 中,各向異性Δρ(T)=ρa(bǔ)-ρb(式中ρa(bǔ)和ρb分別代表沿著互相正交的a方向和b方向的電阻率)與溫度之間存在非單調(diào)的關(guān)系,在結(jié)構(gòu)相變溫度Ts以下約20 K達(dá)到最大值,并在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc～ 8.5 K 處變成零[35].理論計(jì)算認(rèn)為,這是由于各向異性的磁漲落的非彈性散射導(dǎo)致的.這些結(jié)果都表明磁散射在鐵基超導(dǎo)體中的重要性.

3 霍爾系數(shù)

鐵基超導(dǎo)體母體為補(bǔ)償型金屬(即體系中電子和空穴濃度大小相近,相互補(bǔ)償),但由于電子的遷移率較大,導(dǎo)致其霍爾系數(shù)為負(fù)值.在SDW相變溫度點(diǎn)附近,霍爾系數(shù)(絕對(duì)值)會(huì)發(fā)生急劇增大.而不同類(lèi)型的摻雜會(huì)引入不同的載流子,從而霍爾系數(shù)與溫度之間的關(guān)系也有所不同.在電子型摻雜的情況下,其霍爾系數(shù)幾乎與溫度無(wú)關(guān)[36,37]； 但在空穴摻雜的情況下,霍爾系數(shù)與溫度之間存在著強(qiáng)烈的依賴(lài)關(guān)系.此外,當(dāng)摻雜濃度達(dá)到一定程度后,霍爾系數(shù)與溫度的依賴(lài)關(guān)系也會(huì)隨之發(fā)生改變： 霍爾系數(shù)從初始的與溫度負(fù)相關(guān)的單調(diào)行為,變?yōu)樵诟邷靥幣c溫度負(fù)相關(guān)而在低溫處與溫度正相關(guān)的非單調(diào)行為,并在“1111”體系中觀察到該類(lèi)行為[12].而在“122”體系的 Ba1—xKxFe2As2中,如圖2 所示,當(dāng)摻雜濃度逐漸接近最佳摻雜x～0.4時(shí),低溫的霍爾系數(shù)幾乎與溫度無(wú)關(guān)[38].

圖2 空穴摻雜的“122”體系的霍爾系數(shù)隨溫度的變化[38]Fig.2.The temperature dependence of Hall coefficients for hole-doping “122”-type iron-based superconductors[38].

隨著進(jìn)一步的空穴摻雜,霍爾系數(shù)會(huì)在高溫約100 K附近發(fā)生轉(zhuǎn)變,此類(lèi)行為可能與之前角分辨光電子能譜 (angle resolved photoemission spectroscopy,即ARPES)中觀察到的電子結(jié)構(gòu)有關(guān)：高溫約 90 K 時(shí),在能量分布曲線(xiàn) (energy distribution curve,即 EDC)上觀察到一個(gè)鼓包,并在Tc溫度以下轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)尖峰(即pseudo-peak)[39].該電子結(jié)構(gòu)上的反常行為的出現(xiàn)溫度與霍爾系數(shù)發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度接近,同時(shí)兩者都與mh/me的變化緊密相關(guān).而伴隨摻雜濃度的進(jìn)一步上升,霍爾角的行為從凹形的溫度依賴(lài)關(guān)系變成凸形[40],發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)的摻雜濃度大致對(duì)應(yīng)ARPES上觀察到的電子型費(fèi)米面消失的濃度[41],表明霍爾角的變化可能來(lái)自于費(fèi)米面的Lifshitz相變.在等位摻雜的樣品中同樣也存在一定的異常行為.首先其霍爾系數(shù)與溫度之間存在強(qiáng)烈的依賴(lài)關(guān)系,但并未看到空穴摻雜情況中的高溫轉(zhuǎn)變現(xiàn)象[23].同時(shí)根據(jù)能帶計(jì)算結(jié)果,鐵基超導(dǎo)體母體為補(bǔ)償型材料,等位摻雜并不會(huì)引入額外的載流子,所以在高場(chǎng)下霍爾系數(shù)為RH(H→∞)=1/e(ne-nh),即會(huì)有一個(gè)巨大的增強(qiáng).但在高場(chǎng)下的霍爾效應(yīng)測(cè)量表明,其霍爾系數(shù)隨著磁場(chǎng)是下降的[42],并且在低場(chǎng)時(shí)下降更加明顯,具體參見(jiàn)文獻(xiàn)[42]中的圖2.而此類(lèi)低場(chǎng)的下降現(xiàn)象,會(huì)隨著摻雜濃度的上升逐漸被抑制.經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)擬合可以得知其中除了正常霍爾項(xiàng)的貢獻(xiàn)之外,還存在奇異金屬(strange metal)項(xiàng)的貢獻(xiàn),表明反常金屬態(tài)在鐵基超導(dǎo)體的輸運(yùn)性質(zhì)中可能存在相當(dāng)大的影響.綜上,霍爾效應(yīng)強(qiáng)烈的溫度依賴(lài)關(guān)系可能是來(lái)自鐵基超導(dǎo)體的多帶特性,同時(shí)也可能存在奇異金屬態(tài)的貢獻(xiàn).

4 熱電勢(shì)

熱電勢(shì)能夠靈敏地探測(cè)電子結(jié)構(gòu)的變化,從而反映樣品的性質(zhì).在銅氧化物超導(dǎo)體中,其熱電勢(shì)在欠摻雜時(shí)較大,隨著摻雜濃度增加而減小,并在最佳摻雜時(shí)幾乎為零,其室溫?zé)犭妱?shì)值與摻雜濃度之間存在一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式[43,44].相比之下鐵基超導(dǎo)材料中卻存在巨大的熱電勢(shì).如圖3(a)所示,在電子型摻雜的“1111”體系SmFe1—xCoxAsO中通過(guò)對(duì)不同摻雜濃度進(jìn)行熱電勢(shì)的測(cè)量可以發(fā)現(xiàn),熱電勢(shì)均為負(fù)值,與主要的載流子類(lèi)型為電子相符.熱電勢(shì)絕對(duì)值的大小會(huì)隨著摻雜濃度的增加先上升再下降,其變化趨勢(shì)與超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度之間存在一定的類(lèi)似[45],最大熱電勢(shì)值出現(xiàn)在超導(dǎo)溫度最高處.此外如圖3(b)可以看出鐵基超導(dǎo)體的熱電勢(shì)隨著摻雜濃度的變化有兩項(xiàng)貢獻(xiàn)：S(300 K) =S0(300 K) +S′(300 K).其中第一項(xiàng)代表正常項(xiàng)的貢獻(xiàn),隨著摻雜濃度的上升而逐漸上升.而第二項(xiàng)額外的貢獻(xiàn)只出現(xiàn)在超導(dǎo)區(qū)域,并且表現(xiàn)為與Tc類(lèi)似的圓屋頂(dome)形狀.其與超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的類(lèi)似變化表明異常項(xiàng)S′(300 K)與超導(dǎo)之間可能存在緊密的聯(lián)系,并在Tb1—xThxFeAsO中也看到類(lèi)似的現(xiàn)象[46].隨著摻雜濃度上升,超導(dǎo)溫度不斷上升,其熱電勢(shì)的大小也不斷上升.在x～0.2 時(shí),其熱電勢(shì)達(dá)到了108 μV/K,遠(yuǎn)大于其它鐵基超導(dǎo)材料.除了“1111”體系以外,在 Ni摻雜的“122” 體系 BaFe2—xNixAs2中也觀測(cè)到類(lèi)似的現(xiàn)象[47].

圖3 (a) 樣品 SmFe1—xCoxAsO 隨溫度變化的熱電勢(shì),(b) 熱電勢(shì)絕對(duì)值及超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度隨摻雜濃度的變化[45]Fig.3.(a) The temperature dependence of Seebeck coefficients for SmFe1—xCoxAsO,(b) Doping dependence of thermopower,|S(300 K)|,|S'(300 K)| and superconducting transition temperature T cmid for SmFe1—xCoxAsO samples[45].

而在“11”體系 FeSe摻雜 Te的樣品中,盡管沒(méi)有看到像“1111”體系這么大的熱電勢(shì),其熱電勢(shì)絕對(duì)值最大值的大小與超導(dǎo)溫度之間仍存在類(lèi)似的關(guān)系[48].我們將眾多電子型摻雜鐵基超導(dǎo)體(包括 LaFeAsO0.9F0.1[49],Ba(Fe1—xNix)2As2[47],SmFe1—xCoxAsO[45],Pr0.8Sr0.2FeAsO[50],FeSe1—x[51],SmFe1—xNixAsO[52],Tb1—xThxFeAsO[46]等材料)的超導(dǎo)溫度與熱電勢(shì)絕對(duì)值的最大值畫(huà)在一張圖中,如圖4所示.盡管個(gè)別樣品存在較大偏離,但仍能得到兩者之間確實(shí)存在一定的關(guān)聯(lián)度.這一結(jié)果表明在超導(dǎo)溫度與熱電勢(shì)之間可能存在一定的聯(lián)系.

圖4 多個(gè)體系鐵基超導(dǎo)體的熱電勢(shì)最大值與 Tc 之間的關(guān)系.圖中未加引文的部分為本文作者尚未發(fā)表的數(shù)據(jù)Fig.4.The relation between the maximum of thermopower and the Tc for various iron-based superconductors.The unreferenced portion of the figure is the unpublished data.

但在空穴摻雜的“122”體系中,沒(méi)有看到類(lèi)似的現(xiàn)象.在 Sr1—xKxFe2As2和 Ba1—xKxFe2As2中測(cè)得的熱電勢(shì)值均為正值,與主要載流子為空穴相符.前者熱電勢(shì)最大值隨著摻雜濃度的上升先上升,然后隨之下降； 而后者隨著摻雜濃度的上升持續(xù)下降[53,54].兩者在熱電勢(shì)上均未在最佳摻雜附近達(dá)到最大值.將Sr1—xKxFe2As2的熱電勢(shì)最大值與摻雜濃度畫(huà)在一張圖中可以得知,在摻雜濃度為0.3(欠摻雜區(qū)域)附近會(huì)有一個(gè)峰出現(xiàn).同時(shí)在摻雜濃度較低時(shí),熱電勢(shì)在SDW轉(zhuǎn)變附近存在一個(gè)顯著的上升[55],上述的峰可能與SDW序?qū)е铝速M(fèi)米面或者態(tài)密度發(fā)生了巨大的改變有關(guān).這一結(jié)果表明在“122”空穴摻雜中熱電勢(shì)的最大值并未出現(xiàn)在Tc最高處的現(xiàn)象可能與SDW序有關(guān),也可能是由于不同的有序態(tài)與超導(dǎo)態(tài)競(jìng)爭(zhēng),而這些有序態(tài)對(duì)熱電勢(shì)的貢獻(xiàn)不同,綜合導(dǎo)致了熱電勢(shì)的最大值出現(xiàn)在偏離最佳摻雜處.

此外,為了研究熱電勢(shì)與鐵基超導(dǎo)體的FeAs層之間的關(guān)系,對(duì)LaFeAsO類(lèi)似的LaNiAsO也進(jìn)行了熱電勢(shì)的測(cè)量[56].LaNiAsO與LaFeAsO結(jié)構(gòu)相似,但不存在結(jié)構(gòu)相變和反鐵磁相變,其本身就是超導(dǎo)體,超導(dǎo)溫度Tc～2.7 K.通過(guò)對(duì)其 O 位摻F可以略微提高Tc至3.8 K,仍遠(yuǎn)低于LaFeAs O1—xFx的Tc.實(shí)驗(yàn)得到LaNiAsO的熱電勢(shì)比LaFe AsO小一個(gè)量級(jí)以上,其更像是載流子濃度較高的良好金屬,并顯示出常規(guī)的費(fèi)米液體行為.對(duì)比兩個(gè)體系之間在熱電勢(shì)上表現(xiàn)出的巨大區(qū)別表明高溫超導(dǎo)與FeAs層之間存在著緊密的聯(lián)系.考慮到鐵基超導(dǎo)體為多帶體系,以及其熱電勢(shì)大小與Tc之間的聯(lián)系,表明帶間散射可能在高溫超導(dǎo)中起到了重要的作用.

鐵基超導(dǎo)體中此類(lèi)巨大的熱電勢(shì)信號(hào)可能有以下幾種原因： 首先鐵基超導(dǎo)體是多帶體系,而銅基超導(dǎo)體為單帶,由于多帶的貢獻(xiàn),導(dǎo)致了鐵基超導(dǎo)體的熱電勢(shì)有一個(gè)巨大的增強(qiáng).此外還可能存在其它奇異的低能激發(fā).像NaxCoO2中也存在巨大的熱電勢(shì),是來(lái)自巨大的自旋熵的貢獻(xiàn).而對(duì)鐵基超導(dǎo)體通過(guò)加場(chǎng)下的熱電勢(shì)測(cè)量可以得知,SDW相變溫度以下的熱電勢(shì)會(huì)被磁場(chǎng)壓制,但對(duì)于SDW轉(zhuǎn)變溫度以上磁場(chǎng)對(duì)熱電勢(shì)幾乎沒(méi)有影響,并且在SmAsFeO0.8F0.2中反而看到磁場(chǎng)會(huì)略微增強(qiáng)正常態(tài)的熱電勢(shì)[57],這種行為表明其中并不存在自旋熵的貢獻(xiàn).其中是否存在其它奇異的低能激發(fā)的貢獻(xiàn)仍有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究.

5 能斯特效應(yīng)

與霍爾效應(yīng)相比,能斯特效應(yīng)可以更靈敏地探測(cè)準(zhǔn)粒子的運(yùn)動(dòng)信息,并且對(duì)超導(dǎo)體中的磁通渦旋運(yùn)動(dòng)特別敏感,能反映出非常規(guī)超導(dǎo)電性的一些異常行為,比如在銅氧化物超導(dǎo)體中,能斯特效應(yīng)測(cè)量給出了Tc以上較大溫度范圍內(nèi)的超導(dǎo)位相型漲落[58].

在正常態(tài)下能斯特信號(hào)由下述公式?jīng)Q定：ey=ραxy-Stanθ,其中αxy代表非對(duì)角佩爾捷系數(shù)(off-diagonal Peltier coefficient),S代表熱電勢(shì),ρ和 t anθ分別代表電阻率及霍爾角.而在Tc附近及以下,能斯特信號(hào)由三項(xiàng)組成：ey=+-Stanθ.其中代表磁通運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn),代表正常態(tài)元激發(fā)的貢獻(xiàn).在超導(dǎo)態(tài),會(huì)迅速降為零,而會(huì)有一個(gè)巨大的峰,其主要體現(xiàn)了超導(dǎo)態(tài)的性質(zhì),即來(lái)自磁通運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn).

對(duì)“1111”型鐵基超導(dǎo)體 LaO1—xFxFeAs體系的能斯特測(cè)量可以看到,在超導(dǎo)臨界溫度Tc～26 K 以上,能斯特信號(hào)為負(fù),與磁場(chǎng)之間為線(xiàn)性關(guān)系,符合一般金屬的特征,未見(jiàn)超導(dǎo)漲落引起的能斯特效應(yīng)增大[49].但在超導(dǎo)臨界溫度之下,能斯特信號(hào)增加很快,與磁場(chǎng)之間的關(guān)系變成非線(xiàn)性,顯示出典型的磁通運(yùn)動(dòng)的能斯特信號(hào)[49].當(dāng)T= 10 K 時(shí),磁通線(xiàn)被全部釘扎,能斯特信號(hào)幾乎為 0.當(dāng)T=13 K 以及 15 K 時(shí),磁通格子在某一特定磁場(chǎng)下融化,然后磁通開(kāi)始運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生能斯特信號(hào),出現(xiàn)該能斯特信號(hào)的磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)于磁通格子融化場(chǎng),即不可逆場(chǎng).在T＞ 17 K 時(shí),并未觀察到磁通格子融化的現(xiàn)象,是由于熱漲落已經(jīng)導(dǎo)致磁通格子不再形成,開(kāi)始進(jìn)入磁通液體態(tài).當(dāng)然,也可能由于多晶樣品導(dǎo)致磁通運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)不均勻,使得磁通格子融化過(guò)程變得模糊.在超導(dǎo)臨界溫度以下存在一個(gè)較大的溫度區(qū)間,磁通運(yùn)動(dòng)的能斯特信號(hào)很明顯,這點(diǎn)與銅基超導(dǎo)體類(lèi)似,表明“1111”體系中存在較大的磁通液體區(qū)域,磁通線(xiàn)難以被釘扎.造成這一現(xiàn)象的原因,有可能是磁通釘扎太弱,也有可能是二維特性造成磁通格子難以形成,這些需要進(jìn)一步的探究.此外,從圖5(a)能斯特系數(shù)與溫度之間的關(guān)系可以看到,正常態(tài)的能斯特信號(hào)很小,同時(shí)隨溫度的變化也很小.但是在降溫到約50 K時(shí)能斯特系數(shù)開(kāi)始增加,并在Tc以上發(fā)生符號(hào)的改變,隨后在Tc處發(fā)生了急劇的上升.這種能斯特信號(hào)的急劇上升與銅基超導(dǎo)體中觀察到的連續(xù)緩慢平滑變化存在著明顯的區(qū)別.在銅基超導(dǎo)體中,這種Tc以上增強(qiáng)的能斯特信號(hào)被認(rèn)為是由于強(qiáng)的超導(dǎo)位相漲落所導(dǎo)致,考慮到鐵基超導(dǎo)體與銅基超導(dǎo)體在Tc附近行為顯著的差異,說(shuō)明鐵基超導(dǎo)體中超導(dǎo)漲落并不顯著.由上所述,正常態(tài)的能斯特信號(hào)由兩部分組成,通過(guò)計(jì)算可以得知在正常態(tài)ey約為Stanθ的 1/5,說(shuō)明“Sondheimer抵消”[59]并不完全成立.此外αxy在50 K以上隨著溫度的下降逐漸的上升,在約50 K處達(dá)到飽和,表明在約50 K附近電子結(jié)構(gòu)可能發(fā)生了改變.由于母體化合物在約134 K附近發(fā)生SDW轉(zhuǎn)變,而F摻雜會(huì)逐漸抑制SDW轉(zhuǎn)變,所以在超導(dǎo)溫度與50 K之間佩爾捷系數(shù)的非對(duì)角項(xiàng)被異常地抑制可能來(lái)自于SDW漲落的影響.在另一個(gè)接近的“1111” 體系 NdO1—xFxFeAs中也觀察到了類(lèi)似的現(xiàn)象,能斯特信號(hào)持續(xù)到超導(dǎo)溫度以上約60 K.

圖5 能斯特系數(shù)與溫度之間的曲線(xiàn),分別為： (a) “1111”體系[49]； (b) “122”體系中.圖中BaFe2As2 的結(jié)果與文獻(xiàn) [60]一致Fig.5.The temperature dependence of Nernst coefficients for (a) “1111”-type[49]； (b) “122”-type.The result of BaFe2As2 is consistent with the report in the Ref.[60].

而在“122”體系的 BaFe2—xNixAs2的能斯特實(shí)驗(yàn)中,如圖5(b)表現(xiàn)出與“1111”體系的顯著區(qū)別.在Tc以下,當(dāng)磁場(chǎng)大于某一臨界磁場(chǎng)時(shí),磁通開(kāi)始運(yùn)動(dòng),形成典型的與磁場(chǎng)存在非線(xiàn)性關(guān)系的磁通能斯特信號(hào),即對(duì)應(yīng)不可逆場(chǎng).其與“1111”體系不同之處在于： 磁通運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的能斯特信號(hào)在超導(dǎo)溫度以下僅存在一個(gè)很小的溫區(qū),并且在超導(dǎo)溫度附近的轉(zhuǎn)變更為劇烈； 而在超導(dǎo)溫度以上,能斯特信號(hào)與磁場(chǎng)之間的關(guān)系由原來(lái)的非線(xiàn)性行為轉(zhuǎn)變?yōu)榫€(xiàn)性行為,但與溫度之間并不存在明顯的依賴(lài)關(guān)系.同樣通過(guò)對(duì)構(gòu)成正常態(tài)的能斯特信號(hào)的兩個(gè)分量進(jìn)行計(jì)算表明,在該溫區(qū)所謂的“Sondheimer抵消”相對(duì)成立,該行為也與“1111”體系中的正常態(tài)的反常能斯特信號(hào)有所區(qū)別.此外,其正常態(tài)能斯特信號(hào)不為零則來(lái)源于背景信號(hào)的貢獻(xiàn).上述兩個(gè)體系在能斯特信號(hào)上的顯著區(qū)別可能來(lái)自于其結(jié)構(gòu)上的差異,即“1111”體系表現(xiàn)為二維特性,而“122”體系特性則更趨向三維.

而對(duì)鐵基超導(dǎo)體母體的能斯特效應(yīng)測(cè)量中,發(fā)現(xiàn)其存在巨大的能斯特信號(hào),并且在SDW相變溫度時(shí),能斯特信號(hào)會(huì)發(fā)生急劇的改變,但此類(lèi)改變會(huì)隨著摻雜濃度的提高很快被抑制.在Eu(Fe1—xCox)2As2中,當(dāng)x～0.15 時(shí),盡管仍然存在 SDW,但在相變點(diǎn)附近已經(jīng)沒(méi)有明顯的能斯特信號(hào)變化[61].這里能斯特信號(hào)的變化與熱電勢(shì)的變化呈現(xiàn)相反的趨勢(shì).這類(lèi)母體特有的巨大能斯特信號(hào)可能來(lái)自于狄拉克費(fèi)米子的受限散射,并在母體BaFe2As2的ARPES實(shí)驗(yàn)中觀察到了狄拉克錐(Dirac cone)的電子色散關(guān)系[62],同時(shí)在量子振蕩實(shí)驗(yàn)中也確認(rèn)存在無(wú)質(zhì)量的狄拉克色散[63].

此外，與“1111”體系結(jié)構(gòu)相類(lèi)似,對(duì)將 FeAs層換為NiAs層的LaNiAsO的能斯特效應(yīng)的測(cè)量發(fā)現(xiàn),其正常態(tài)的能斯特信號(hào)很小,幾乎接近測(cè)量背景的噪音量級(jí),并且在6 T左右磁場(chǎng)下其信號(hào)大小約比“1111”體系的LaFeAsO小兩個(gè)量級(jí)[56].類(lèi)似地使用正常態(tài)的能斯特公式進(jìn)行擬合,得到Stanθ與ey變化一致,表明“Sondheimer抵消”部分成立.從上述能斯特效應(yīng)的研究來(lái)看,LaNiAsO更像傳統(tǒng)金屬,結(jié)合之前其在熱電勢(shì)上的對(duì)比結(jié)果,表明FeAs層及多帶效應(yīng)在鐵基高溫超導(dǎo)中的重要性.

最近在“11”體系的 Fe1+yTe1—xSex單晶中發(fā)現(xiàn)在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)附近存在自發(fā)的能斯特效應(yīng)(spontaneous Nernst effect)[64],進(jìn)一步對(duì)掃場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,顯示除了通常的關(guān)于磁場(chǎng)反對(duì)稱(chēng)的能斯特信號(hào)之外,還存在與磁場(chǎng)對(duì)稱(chēng)關(guān)系的能斯特信號(hào).此類(lèi)對(duì)稱(chēng)的能斯特信號(hào)可能來(lái)自于間隙的Fe原子的局域磁矩導(dǎo)致的強(qiáng)自旋軌道耦合,表明在Fe1+yTe1—xSex單晶中可能存在局域的時(shí)間反演對(duì)稱(chēng)破缺.上述最新的能斯特效應(yīng)研究對(duì)于理解鐵基超導(dǎo)體提供了一個(gè)新的角度.

綜上,在鐵基超導(dǎo)體中存在很大的能斯特信號(hào).母體中的巨大能斯特信號(hào)可能來(lái)自于狄拉克電子的受限散射.而隨著摻雜濃度增加,狄拉克電子態(tài)會(huì)逐漸消失,導(dǎo)致其摻雜樣品的能斯特信號(hào)相對(duì)母體變小,但此時(shí)能斯特信號(hào)仍然大于通常金屬,這可能來(lái)源于鐵基超導(dǎo)體的多帶特性.此外在結(jié)構(gòu)接近二維的“1111”體系摻雜的正常態(tài)中能斯特信號(hào)直到60 K高溫仍存在異常,但在結(jié)構(gòu)更加三維的“122”摻雜體系并沒(méi)有在Tc以上看到異常的能斯特信號(hào).這個(gè)異?？赡苁求w系的維度降低造成的.這一現(xiàn)象的具體來(lái)源有待進(jìn)一步的研究.而最新的關(guān)于“11” 體系的能斯特效應(yīng)測(cè)量表明其中存在關(guān)于磁場(chǎng)對(duì)稱(chēng)的能斯特信號(hào),反映其可能存在的局域的時(shí)間反演對(duì)稱(chēng)破缺.

6 可能的量子臨界行為

如上所述,鐵基超導(dǎo)體在最佳摻雜濃度附近其輸運(yùn)性質(zhì)上是否存在量子臨界行為是一個(gè)值得深入研究的問(wèn)題.電子型“122”體系在最佳摻雜附近的電阻率在低溫下表現(xiàn)為線(xiàn)性的溫度依賴(lài)關(guān)系,同時(shí)在熱電勢(shì)上S/T與 l nT之間也存在線(xiàn)性關(guān)系,其表現(xiàn)形式與量子臨界點(diǎn)的特征一致[65].更進(jìn)一步的NMR實(shí)驗(yàn)測(cè)得在電子摻雜的BaFe2—xNixAs2中,可能存在兩個(gè)臨界摻雜點(diǎn),xc1～0.10 以及xc2～0.14,其中前者對(duì)應(yīng)磁性量子臨界點(diǎn),而后者的量子臨界點(diǎn)則與結(jié)構(gòu)相變緊密關(guān)聯(lián)[66].在等化學(xué)價(jià)的摻雜體系 BaFe2As2—xPx中,對(duì)x≥0.31 的樣品進(jìn)行測(cè)量得到,在欠摻雜區(qū)域出現(xiàn)非費(fèi)米液體行為而在過(guò)摻雜區(qū)域過(guò)渡至費(fèi)米液體行為,并在最佳摻雜附近其有效質(zhì)量呈現(xiàn)發(fā)散趨勢(shì)[67],這一點(diǎn)也被高場(chǎng)下的量子振蕩實(shí)驗(yàn)[68,69]以及穿透深度實(shí)驗(yàn)[70]所證實(shí).此外對(duì)樣品進(jìn)行磁場(chǎng)下的測(cè)量發(fā)現(xiàn),電阻率與磁場(chǎng)之間也是線(xiàn)性的關(guān)系,而進(jìn)一步的對(duì)比發(fā)現(xiàn)電阻率與磁場(chǎng)及溫度之間存在一個(gè)標(biāo)度關(guān)系[71],如下述公式所 示 ：式中ρ(H,T) 和ρ(0,0) 分別代表在磁場(chǎng)H和溫度T下的電阻率以及零溫零場(chǎng)下的電阻率,kB,μB和μ0代表玻爾茲曼常量,玻爾磁子以及真空磁導(dǎo)率,α和γ代表擬合參數(shù).經(jīng)過(guò)擬合可以得到系數(shù)γ/α=1.01 ± 0.07,即磁場(chǎng)與溫度兩者對(duì)電阻率的影響接近.進(jìn)一步的c軸方向電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)可得,盡管c方向和ab面之間的電阻率存在著各向異性,但是兩者在電阻率的標(biāo)度行為卻幾乎一致,可知該行為與電流的方向無(wú)關(guān).同時(shí)轉(zhuǎn)角測(cè)量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),這種標(biāo)度行為與磁場(chǎng)的方向存在密切關(guān)系,只有當(dāng)磁場(chǎng)垂直FeAs面時(shí)才能觀察到上述的臨界行為[72],此時(shí)上述式子中的磁場(chǎng)代表與FeAs面垂直的磁場(chǎng)分量.此類(lèi)二維性的特征表明FeAs層在鐵基超導(dǎo)體中的重要性,并可能與奇異金屬行為之間存在一定的聯(lián)系.而銅基超導(dǎo)體中的奇異金屬性也與其強(qiáng)的二維性存在聯(lián)系,這種關(guān)聯(lián)可能導(dǎo)致它們都出現(xiàn)了與溫度線(xiàn)性依賴(lài)的電阻率關(guān)系.

而在空穴型“122”體系中,最佳摻雜附近電阻率與溫度之間存在線(xiàn)性關(guān)系[22].并且在熱電勢(shì)上也看到S/T與 l nT之間存在線(xiàn)性關(guān)系.在接近最佳摻雜時(shí),100 K 溫度以下的S/T與 l nT之間也會(huì)隨著摻雜濃度接近最佳摻雜而逐漸趨向線(xiàn)性關(guān)系,該現(xiàn)象在 Sr1—xKxFe2As2,Ba1—xKxFe2As2[53,54]以及 Eu1—xKxFe2As2[73]中均被觀察到.但除了上述的輸運(yùn)性質(zhì)之外,并未有更進(jìn)一步的證據(jù)表明“122”體系空穴最佳摻雜附近存在量子臨界點(diǎn).此外最近在彈性模量的實(shí)驗(yàn)中,并沒(méi)有在空穴型體系中看到在類(lèi)似電子型體系中量子臨界點(diǎn)導(dǎo)致的一些現(xiàn)象[74].雖然其仍存在電阻與溫度的線(xiàn)性行為,但該電阻率通過(guò)擬合得到的剩余電阻率為不合理的負(fù)值,提示在更低溫度下的輸運(yùn)行為還需要更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)探索,例如在強(qiáng)磁場(chǎng)下的實(shí)驗(yàn),通過(guò)抑制超導(dǎo)態(tài)來(lái)揭示低溫下的真實(shí)電阻率行為.綜上可知空穴型體系中量子臨界行為的來(lái)源有待更進(jìn)一步的研究.

7 總結(jié)與展望

盡管鐵基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)歷十余年,對(duì)其物理性質(zhì)的認(rèn)識(shí)也日益深入,但其超導(dǎo)配對(duì)機(jī)理仍是一個(gè)未解的謎團(tuán).在鐵基超導(dǎo)體中存在的多種有序態(tài),比如電子向列相、電荷密度波、自旋密度波,多種多樣的磁有序結(jié)構(gòu)等等,它們與超導(dǎo)電性之間的關(guān)系,是否存在量子臨界點(diǎn)和臨界漲落行為,仍吸引著學(xué)者們的極大研究興趣.輸運(yùn)性質(zhì)的測(cè)量雖是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的測(cè)量技術(shù),卻為認(rèn)識(shí)鐵基超導(dǎo)體的低能激發(fā)等提供了極為有用的信息.在銅氧化物超導(dǎo)體中,電阻率與溫度的關(guān)系隨著摻雜濃度會(huì)出現(xiàn)非常有規(guī)律的變化,并在最佳摻雜濃度處呈現(xiàn)非常好的線(xiàn)性電阻率溫度關(guān)系.而鐵基超導(dǎo)體由于其電子結(jié)構(gòu)的多能帶特性,使得其電阻率和霍爾系數(shù)與溫度關(guān)系出現(xiàn)多樣性的變化,但在正常態(tài)并沒(méi)有看到有贗能隙打開(kāi)導(dǎo)致的電阻率等輸運(yùn)性質(zhì)的奇異行為.在空穴型摻雜的鐵基超導(dǎo)體中觀測(cè)到霍爾系數(shù)在低溫下的變號(hào),電阻率與溫度關(guān)系上在對(duì)應(yīng)的溫區(qū)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很寬的鼓包,甚至在ARPES的EDC譜上相應(yīng)溫度也出現(xiàn)一個(gè)反常鼓包,其原因仍不十分清楚.

鐵基超導(dǎo)體的熱電勢(shì)行為也表現(xiàn)出與銅氧化物超導(dǎo)體的明顯差異.空穴型摻雜的銅氧化物超導(dǎo)體正常態(tài)熱電勢(shì)在欠摻雜區(qū)很大,到最佳摻雜區(qū)變得很小,接近于零,并往往在過(guò)摻雜區(qū)從正變成負(fù)值,寓示著電子結(jié)構(gòu)的變化.在鐵基超導(dǎo)體中,正常態(tài)熱電勢(shì)的絕對(duì)值反而在最佳摻雜區(qū)是最大的,并且沒(méi)有明顯的磁場(chǎng)依賴(lài)關(guān)系.在Tc最高的摻雜濃度區(qū),根據(jù)ARPES測(cè)量得知的電子結(jié)構(gòu),此時(shí)電子型和空穴型費(fèi)米面之間存在非常好的疊套(nesting).如此大的熱電勢(shì)值也許跟其電子結(jié)構(gòu)帶來(lái)的費(fèi)米面失穩(wěn)有關(guān).能斯特效應(yīng)表明鐵基超導(dǎo)體的正常態(tài)的信號(hào)很大,其能斯特系數(shù)比一般的金屬要大1～2個(gè)數(shù)量級(jí),如此大的能斯特系數(shù)應(yīng)該來(lái)源于多帶的電子結(jié)構(gòu).從超導(dǎo)態(tài)到正常態(tài),能斯特信號(hào)在Tc處的陡變,表明超導(dǎo)漲落在Tc以上并不明顯,這點(diǎn)與銅氧化物超導(dǎo)體存在明顯差別.在鐵基超導(dǎo)體上所顯示的這些反常熱電性質(zhì),并沒(méi)有在類(lèi)似結(jié)構(gòu)的鎳基超導(dǎo)體(如LaNiAsO)上觀測(cè)到,相比之下鎳基超導(dǎo)體表現(xiàn)得更像一個(gè)通常的金屬.上述行為暗示著鐵基超導(dǎo)體的這些奇異輸運(yùn)性質(zhì)與其高溫超導(dǎo)電性存在內(nèi)在的關(guān)聯(lián),這些因素是建立其超導(dǎo)機(jī)理時(shí)需要考慮進(jìn)去的.