在1986年的时候,瑞士苏黎士的IBM研究室的学者发现了LaBaCuO超导体,其超导临界温度竟然达到了35K。因为发现的铜氧化物高温超导材料,新材料高温超导体的临界温度已经超过了液氮的温度,这一点让人们对超导材料即将可以大规模应用到现实生活和工业大批量生产抱有很大的希望。没过多久,这种新发现的铜氧化物超导材料就立刻在世界范围内掀起了一股无法遏制的潮流,探索研究高温超导体。这种发现的高温(最后会达到接近室温)超导体可能就社会的影响而言,是物理科学中极为重要的问题。在此之后的几十年时间里,各种各样的以铜氧化物为基础的高温超导材料一个个都被人们挖掘出来。高温超导材料的临界温度Tc也在持续的提高中,其中1992年发现了近年观察到的最高Tc值的Hg-Ba-Ca-Cu-O超导体系,常压下临界温度Tc为135K,在加压情况下临界温度值可达到165K。然而而铜氧化物超导体也有部分缺点,其相干长度非常短,各向异性程度很高,其中还含有部分毒性元素,又是陶瓷材料,材质很脆,种种不利因素都妨碍了它在工业上大规模的应用。就是因为如此,人们一直希望能够找到其他一种具有更加优秀属性的非铜氧基的高温超导体,最理想的情况是可以发现一种允许大规模工业生产,并且超导临界温度在接近室温范围内的高温超导体。发现这一类新型材料也是人们探索高温超导领域的最终目标。为实现这一目标,我们应该不遗余力地寻找任何一种可能达成的材料,铜氧化物的发现是突破,之后几年铁基超导体的发现更是向目标又往前迈了一步,铁基化合物高温超导体开创了高温超导的新纪元。。
铁基超导体研究的突破发生在2008年,日本东京工业大学的科学家Hosono教授研究小组发现,在母体材料LaFeAsO中掺杂F元素可以实现26K的超导电性[2]。这个发现意味着出现了第二类高温超导体材料。这一发现立刻轰动了全球,之前有关铜氧化物超导体的研究似乎也到达了瓶颈,高温超导领域也很久没有突破,铁基超导体一经发现就意味着打开了一扇新世界的大门,这立刻引起了全球的科学家的关注,并且有很多科学家立刻投身开始研究。事实上,早在1995和2000年【3-4】,德国研究小组就已经合成了这一个系列的母体化合物,被称之为四元磷氧化合物LnOMPn。它的结构和铜氧化合物高温超导体材料有非常类似的地方,它们都具有准二维层状结构。但是在当时,这类材料的发现并没有引起大家足够的关注。论文网
那么为什么铁基化合物高温超导体材料会引起科学界如此广泛并且热烈的关注?主要是由于以下几个原因:第一点,铁基化合物高温超导体是一种有着比较高的超导转变温度的新型材料体系,这个温度已经达到了可供大批量物理学家研究的程度,非常容易达到它的超导临界温度;第二点,它是一种由多种元素组成的过渡元素磷族层状化合物,这种多元素的构成就给我们带来了更多寻找更高的超导转变温度的可能,在未来有希望将铁基高温超导体的超导临界温度通过掺杂或替代某些元素的方法提高到更高的水平;第三点,这类发现的新材料中包含了大量的磁性 Fe 原子,而磁性又是和超导的存在相对立,正是因为如此,它可以提供一种探测磁性在高温超导中的作用的途径,可以通过控制磁性Fe原子量的多少来进一步研究。同时,铁基超导体化合物具有独特的性质,它的母态是反铁磁金属,超导相出现在磁性相附近,通过人们对Fe基超导体的研究认为铁基超导体中的磁性和超导有着密不可分的关系。铁基超导和铜氧化物超导在某些情况下有许多相似的性质,比如都是超导体,两者都具有准二维晶体结构,两者的载流子浓度都很低下,还有两者同时具有显著的热涨落效应。这些特点限制了铜氧化物高温超导材料的实用化,同时也不利于铁基高温超导体材料的实用性发展。但是,铁基高温超导体材料具备某些特殊性质,比如铁基材料的超导转变温度高,又具有金属特性,通常情况下人们都认为超导性质和磁性元素Fe的存在是矛盾的,两者不能并存,而铁基高温超导体材料的出现就引起了人们浓厚的兴趣。铁基高温超导体材料拥有币铜氧化物稍大的相干长度,拥有更小的各向异性,铁基高温超导体材料所拥有的这些性质都有利于材料在实际生活中的实用化。