鑭氧鐵砷中發(fā)現(xiàn)新的高溫超導(dǎo)相

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在過去的一個(gè)世紀(jì)里，超導(dǎo)（特別是高溫超導(dǎo)）吸引了無數(shù)的物理學(xué)家和材料學(xué)家的興趣。這不僅因?yàn)槌瑢?dǎo)現(xiàn)象所包含的物理豐富，而且因?yàn)槠湓诠�業(yè)上的應(yīng)用前景廣闊且逐漸步入人們的日常生活。目前發(fā)現(xiàn)的高溫超導(dǎo)體有兩大家族，一是銅氧化物，另一是鐵基化合物。共同的特點(diǎn)是，高溫超導(dǎo)都是出現(xiàn)在反鐵磁有序態(tài)附近的。因此，很多人認(rèn)為，磁（自旋）漲落促使了這些材料中的電子配對。長期以來，高溫超導(dǎo)的探索都是在這樣的指導(dǎo)思想下進(jìn)行的。

最近，中國科學(xué)院物理研究所／北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室(籌)的科研人員在遠(yuǎn)離反鐵磁有序的鐵基材料中發(fā)現(xiàn)了新的高溫超導(dǎo)相。而且，超導(dǎo)的最高轉(zhuǎn)變溫度Tc超過了同物質(zhì)在磁有序附近的超導(dǎo)相，達(dá)到了41K（按電阻率數(shù)據(jù)定義）。

鐵基化合物超導(dǎo)體最初由日本東京工業(yè)大學(xué)的Hosono研究組于2008年發(fā)現(xiàn)。其母體材料LaFeAsO存在反鐵磁有序相，用氟元素取代一部分氧元素之后，磁有序被抑制，超導(dǎo)出現(xiàn)。超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc隨氟摻雜量x而變化，形成一個(gè)拱形的超導(dǎo)區(qū)域，x只能達(dá)到0.2。當(dāng)x = 0.06時(shí)，樣品的Tc最高，達(dá)到27 K，這時(shí)存在很強(qiáng)的低能自旋漲落。這自然導(dǎo)致人們相信，在鐵基超導(dǎo)體中，超導(dǎo)是由自旋漲落引起的。

最近，中國科學(xué)院物理研究所／北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室(籌)超導(dǎo)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭國慶研究組（SC9組)的楊杰副研究員等與趙忠賢院士以及李建奇研究組合作，通過高壓樣品制備技術(shù)合成出一系列LaFeAsO1-xFx高摻雜樣品，其摻雜量x可達(dá)0.75，遠(yuǎn)超過去人們的認(rèn)知。通過電阻率、磁化率，核磁共振等測量，發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc隨x形成一個(gè)新的超導(dǎo)區(qū)域，在最佳摻雜x = 0.5-0.55時(shí)，Tc甚至比原先的x = 0.06還高（按電阻率電阻數(shù)據(jù)定義的Tc是41K。按磁化率定義的Tc是30 K）。

更令人驚異的是，在這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)區(qū)域里，物理性質(zhì)與之前報(bào)道的第一個(gè)超導(dǎo)區(qū)域完全不同。首先，NMR自旋晶格弛豫率1/T1T測量沒有發(fā)現(xiàn)自旋漲落的跡象；其次，通過NMR和電鏡發(fā)現(xiàn)，樣品中存在一種新型的結(jié)構(gòu)相變，相變發(fā)生時(shí)，四重旋轉(zhuǎn)對稱性被破壞，而相變發(fā)生的溫度隨摻雜量變化的線恰好可以延伸到最佳摻雜附近。與此同時(shí)，電阻率在最佳摻雜附近表現(xiàn)出線性的溫度變化，預(yù)示著一種新的量子漲落。

這項(xiàng)工作暗示，高溫超導(dǎo)可能是一種極為普適存在的現(xiàn)象。除了近30年來人們討論的自旋漲落以外，如軌道漲落等其他機(jī)制，也可能引起高溫超導(dǎo)。這項(xiàng)成果為探索高溫超導(dǎo)提供了一條嶄新的線索。

本研究得到了科技部973項(xiàng)目 、中科院B類先導(dǎo)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金委的支持。

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