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摘 要

：强关联电子体系的材料探索及物性研究一直是凝聚态物理最活跃的领域之一，其中，非常规高温超导体的发现因其具有较高的超导临界转变温度Tc，是关联电子体系和材料科学发展历史中的里程碑。由于经典的BCS理论无法解决非常规高温超导微观机制的问题，其内部电子的配对机制、配对电子如何实现相位相干等问题也受到实验和理论物理学界的持续关注。

 

关键词：关联电子体系，超导，材料

Abstract：Research on the materials exploring and physical properties of the correlation electronic system is one of the most active fields in condensed matter physics. Among them, the discovery of unconventional superconductor with a relatively higher Tc has been regarded as a milestone in the history of correlation electronic materials and material sciences. Since the mechanism of unconventional superconductivity cannot be explained by classical BCS theory, the mechanism of electron-pairing and electron-coherence have attracted a lot of attention in experimental and theoretical physics.

Keywords：correlated electronics systems, superconductivity, material

目 录

1 前言 4

2 超导材料和物理发展简介 4

2.1 二流体模型和伦敦方程 7

2.2 金兹堡-朗道(GL)理论 7

2.3 BCS理论 8

3 关联电子体系超导体的研究进展 9

3.1 铁基超导体的材料及物性研究介绍 9

3.1.1早期（2008年-2009年）铁基高温超导材料体系 10

3.1.2近期（2009年-2016年）铁基高温超导材料体系 12

3.1.3铁基高温超导材料物理研究 14

3.2 钛基化合物材料及物性研究介绍 16

3.3 CuFePn(Pn=As,Sb)系列材料及物性研究介绍 18

结 论 21

参考文献 22

致 谢 23

1 前言

自1911年荷兰科学家昂纳斯在水银中发现低温下的零电阻行为至今，超导研究己经走过了106年的历程。百年历程，超导研究领域内不断涌现新的突破和成果。其中，BCS理论的提出完美地解释了传统超导体内部的库珀电子配对机制。铜氧化物高温超导体的发现更是为超导材料的实用化打开了一扇令人振奋的窗户。进入21世纪以来，新型的铁基、钛基超导体以及一些具有潜在超导可能母相材料的发现为超导材料探索领域注入了新的活力。在材料研究的基础上，强电和弱电应用方面也在积极进展当中。在强电方面，一部分实用超导材料具有较高的临界磁场Hc和临界电流密度JA,在电缆输运、核磁共振等方面己经实现了很好的应用。在弱电层面上，目前己经有很多基于Josephson效应的新型超导电子器件：超导量子干涉器件、超导单光子探测器件、超导混频等等，它们在医疗、量子通信、科研领域发挥着重要的作用。

从上个世纪70年代开始，在关联电子体系中不同系列的非常规超导体陆续被发现，其中包括：重费米子超导体、有机超导体、磁性超导体、铜氧化物高温超导体以及近期发现的铁基高温超导体和钛基超导体等。强关联电子体系往往在不同方面表现出很多新奇的性质，并对经典的BCS理论提出各种挑战，吸引着越来越多的物理学家在其物理图像探索等方面开展研究工作。每一种新型高温超导体的发现，都会掀起超导研究的新热潮。1986年铜氧化物高温超导体及2008年铁基高温超导体的成功发现也是超导材料探索中两座重要的里程碑，这些材料的共同特点是晶体结构和电子结构具有一定的二维性，并且每个晶胞内部含有导电层及载流子库层；通过掺杂、加压等手段压制反铁磁序可得到超导电性。这些非常规超导材料体系表现出很多不同于常规超导体的性质，其正常态性质和超导态性质不能简单地由费米液体理论和BCS理论来分别进行描述。高温超导的起源即配对机制至今尚未得到完整的解。此外，少部分传统超导体例如石墨插层超导体也因其独特的物理现象近年来受到越来越多科研人员的关注。

2 超导材料和物理发展简介

超导现象是凝聚态物理及关联电子材料体系内最奇妙的现象之一，1911年来自荷兰莱顿大学的低温物理学家莫林•昂纳斯在研究金属汞的低温电阻行为时，发现一种非同寻常的现象：在4.2K附近水银的电阻突然跳跃式下降到仪器测不到的最小值，并且这一现象得到反复实验的论证，如图1.1所示，即意味着水银在4.2K附近，进入了一种电阻为零的新的物态，昂纳斯称之为超导态。超导电性发现后的二十年里，人们一直认为可以把超导体作为“理想”导体来理解磁场对超导体的作用，直到1933年Meissner和Ochsenfeld测量了超导圆柱Pb和Sn在垂直其轴向的外加磁场下的磁通密度分布，发现一个特别的现象：不论降温或者加磁场之间次序如何，超导体内磁场感应强度总是为零。超导体即使在外磁场中冷却到超导态^[1]，也永远没有内部磁场，它与加磁场的历史无关。这一现象被称为迈斯纳效应(Meissner Effect)。零电阻效应和迈斯纳效应作为超导体两个基本性质也被认为是判断超导现象的关键标准^[2]。

图1.1昂纳斯观察到的在4.2 K附近汞的电阻随温度的变化

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图1.2左：超导体Meissner效应示意图，当超导体在外磁场中冷却至临界温度Tc以下时，

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