铁基超导
铁基超导材料的研究及应用
铁基超导材料的研究及应用一、引言铁基超导材料是近年来新兴的超导材料之一，具有较高的超导转变温度和较强的超导电性能。
随着研究的深入，人们发现铁基超导材料在能源、医疗等领域具有广泛的应用前景。
本文将着重介绍铁基超导材料的研究和应用。
二、铁基超导材料的研究1.铁基超导材料的发现铁基超导材料是指以Fe为主要成分的超导材料。
2008年，日本物理学家芝田任三郎领导的研究小组在铁基化合物LaOFeAs中发现了超导现象。
其后，人们在多种铁基化合物中也发现了超导现象，如BaFe2As2、LiFeAs、NdFeAsO等。
2.铁基超导材料的结构铁基超导材料的结构复杂，一般由四种元素共同构成：Fe、As、Ba或La以及一些其他杂质。
铁基超导材料晶体结构呈层状结构，其中Fe和As元素组成的矩阵结构是超导的关键部分，而其他元素则是提高材料超导性能的重要因素。
3.铁基超导材料的超导机理铁基超导材料的超导机理与传统的BCS超导机理不同。
传统的BCS超导机理是由库珀对电子间的吸引力引起的，而铁基超导材料中的超导机理可能与磁电子相互作用有关。
4.铁基超导材料的超导性能铁基超导材料的超导温度较高，通常在20-50K之间。
同时，铁基超导材料的超导电性能较好，能够承受较高的电流密度和磁场强度。
三、铁基超导材料的应用1.能源领域铁基超导材料可以用于制造超导电缆、超导磁体等设备，这些设备在能源领域中有广泛的应用。
超导电缆的传输距离长、损耗小，可以提高电力传输效率；超导磁体可以用于核磁共振成像、磁共振治疗等领域。
2.医疗领域铁基超导材料可以用于MRI（磁共振成像）设备的制造。
MRI技术可以用于体内器官的成像和检测，对临床诊断有重要的作用。
3.交通运输领域铁基超导材料可以用于制造超导列车，这种列车可以悬浮在轨道上运行，摩擦力小、噪音小，能够大大提高列车的运行速度和运行效率。
四、结论综上所述，铁基超导材料具有广泛的应用前景，特别是在能源、医疗和交通运输领域。
现在高压下超导的最高温度
现在高压下超导的最高温度
高温超导体的定义是指相对于传统超导体，其超导转变温度（临界温度，Tc）较高的材料。
传统超导体通常需要极低的温度，接近绝对零度（0K或-273.15°C），而高温超导体的Tc通常高于液氮的沸点，即77K（-196.15°C），这样的温度使得其更容易实现实际应用。
当前最高温度的高温超导体之一是铁基超导体（iron-based superconductors）和H2S超导体（氢化硫超导体）。
以下是一些相关的超导体和其对应的最高临界温度：
1.铁基超导体：
•铁基超导体是一类以铁基化合物为基础的高温超导体。
一些铁基超导体的Tc超过液氮温度，达到甚至超过液氮沸
点。
•举例：LaFeAsO1-xFx系列，其中x的值不同，其Tc可在30K到56K之间变化。
2.H2S超导体：
•在高压下，氢化硫（H2S）被发现在相对较高的温度下表现出超导性。
该研究首次在2015年发表，当时研究小组
报道了Tc达到203K（-70°C），这是迄今为止报道的最高
Tc。
需要注意的是，高温超导体的研究仍然是一个活跃的领域，新的发现和突破可能已经发生。
为了获取当前最新的信息，建议查阅最新的科学文献和研究报道。
超导材料有哪些
超导材料有哪些
超导材料是一种在低温下能够表现出完全零电阻和完全抗磁性的材料。
自从超
导现象首次被发现以来，科学家们一直在努力寻找新的超导材料，并不断探索其在能源、电子学和医学领域的应用。
那么，超导材料究竟有哪些呢？本文将对目前已知的超导材料进行介绍。
首先，最经典的超导材料莫过于铅和汞。
这两种金属在低温下能够表现出完全
的超导性，是最早被人们发现的超导材料。
然而，由于其需要极低的工作温度，因此在实际应用中受到了一定的限制。
随着科学技术的不断进步，人们发现了一系列复合超导体，其中最著名的要数YBCO和BSCCO。
这两种复合超导体在液氮温度下即可表现出超导性，因此在实
际应用中具有更大的潜力。
YBCO和BSCCO的发现，为超导材料的应用带来了新
的希望。
除了金属和复合超导体，还有一类新型的超导材料被人们所关注，那就是铁基
超导体。
铁基超导体因其晶格结构与高温超导性的关系而备受关注，其超导转变温度较高，因此在实际应用中具有很大的潜力。
此外，还有一些其他的超导材料，如镁二硼化镁、铜氧化物等，这些材料因其
特殊的晶格结构和电子态而表现出超导性。
虽然这些材料在实际应用中面临一些挑战，但它们的发现为超导材料的研究开辟了新的方向。
总的来说，超导材料种类繁多，包括金属、复合超导体、铁基超导体等。
每一
种超导材料都有其独特的性质和潜在的应用价值，因此对超导材料的研究仍然具有重要意义。
未来，随着科学技术的不断进步，相信会有更多新型的超导材料被发现，为人类社会带来更多的惊喜和改变。
铁基超导体最高温度
铁基超导体最高温度
铁基超导体是指以铁和其他元素组成的一类超导体，具有高温超导性质。
自2008年首次发现以来，人们一直在寻找更高温度的铁基超导体。
目前，铁基超导体的最高超导转变温度(Tc)为135K。
然而，与其他超导体相比，这个温度仍然相对较低。
因此，研究人员一直在寻找新的铁基超导体，以提高超导转变温度。
在过去的几年里，研究人员发现了一些具有更高超导转变温度的铁基超导体。
例如，一些研究表明，强磁场下，某些铁基超导体可以实现更高的超导转变温度。
此外，一些研究表明，添加某些元素可以提高铁基超导体的超导转变温度。
虽然铁基超导体的最高超导转变温度仍然比其他超导体低，但它们具有许多其他优点，例如良好的电流承载能力和较高的临界磁场。
因此，铁基超导体仍然是许多研究人员关注的焦点，他们希望通过不断地研究和发现，最终实现更高温度的铁基超导体。
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铁基高温超导
铁基高温超导
铁基高温超导是指使用铁化合物作为基底材料的一类高温超导材料。
传统的高温超导材料主要是铜氧化物（例如YBa2Cu3O7）和铁硒化物（例如FeSe），但它们的超导转变温度相对较低。
铁基高温超导材料的超导转变温度比传统材料更高，可以达到甚至超过摄氏200度。
这使得铁基高温超导材料在应用方面有更大的潜力，比如在电力输送和储存、磁共振成像和超导电子器件等领域。
铁基高温超导材料的结构复杂，由多个元素组成，其中铁是主要的超导载流子。
这种复杂的结构给研究和理解铁基高温超导带来了挑战，但也提供了改变超导性质的机会。
目前，铁基高温超导的机制还不完全清楚，但已有一些理论模型被提出，包括铁磁共存和铁基自旋波等。
这些理论有助于揭示铁基高温超导的本质，并指引新材料的设计和合成。
铁基高温超导材料的研究仍在不断进行中，科学家们希望能够发现更高转变温度的材料，并在实际应用中实现高温超导的商业化。
超导体中的非常规超导性研究
超导体中的非常规超导性研究超导性是一种特殊的物理现象，指的是材料在低温条件下电阻消失的现象。
在超导体中，电子对以配对的方式运动，形成一种称为Cooper对的凝聚态。
然而，随着对超导性的深入研究，科学家们发现了一些不符合传统理论的非常规超导体现象。
本文将探讨超导体中的非常规超导性研究进展及其意义。
1. 铁基超导体铁基超导体是指以铁元素为主要成分的超导材料。
与传统超导体不同，铁基超导体在较高温度下就能表现出超导性。
这一发现令科学家们大为惊讶，并推翻了他们对超导性的传统认知。
铁基超导体的非常规超导性质在物理学领域引起了广泛的关注。
研究者们通过探测材料的能带结构、晶格畸变以及自旋波等特性，试图解释铁基超导体的超导机制。
2. 贝里相位与非平凡拓扑超导体贝里相位是描述量子力学系统中相干性的重要概念。
在非平凡拓扑超导体中，贝里相位的存在导致了非常规的超导性质。
这类材料通常具有特殊的晶体结构和拓扑表面态，表现出奇异的电子传输行为。
非平凡拓扑超导体的研究有助于深入理解量子力学中的拓扑现象，并为制备新型超导材料提供了思路。
3. 强关联电子系统中的非常规超导性强关联电子系统是指电子在晶格中呈现相互作用强烈、量子纠缠效应显著的物理状态。
这类系统常常表现出非常规的超导性质。
某些材料在经历压力、化学掺杂等外界条件影响后，会出现高温超导态，表现出令人瞩目的超导性能。
强关联电子系统的非常规超导性可为科学家们提供揭示其机制的重要线索，也为高温超导体的设计与制备提供了思路。
4. 外场调控下的非常规超导性超导体的特性可通过外加磁场的调控而发生变化。
科学家们发现，在一些特殊条件下，磁场可以诱导出非常规的超导性现象。
例如，磁场调控下的非中心对称超导体表现出丰富的相图和非常规配对机制，其超导性质与传统超导体截然不同。
外场调控下的非常规超导性研究为开发新型超导材料和实现高温超导提供了新的思路。
5. 光调控下的非常规超导性光场是另一个可以对超导性质进行有效操控的外界因素。
现在超导的最高温度
现在超导的最高温度如火如荼的科学研究中，唤起了人们对超导体的兴趣。
超导体的发现和应用具有革命性的意义，然而长期以来，超导体只能在极低温度下才能实现超导。
然而，最近的研究表明，科学家们正逐渐接近超导的“温度梦想”，超导体的最高温度也在不断被打破。
超导体是一种电阻为零的材料，能够在电流通过时无能量损耗。
然而，在过去，超导体只能在极低温度（接近绝对零度的-273.15°C）下才能展现出超导的特性。
这限制了超导体的实际应用，因为维持低温状态需要昂贵而复杂的设备。
然而，近年来的研究表明，科学家们已经接近突破这一限制，不断提高超导的最高温度。
超导体的最高温度是指材料开始展现超导特性的临界温度。
随着科学家对材料的研究和理解的加深，超导体的最高温度不断刷新着纪录。
最近，科学家们发现了一种新型的铁基超导体，在比之前更高的温度下实现了超导。
这一发现使得超导体的最高温度达到了高达165K的记录（约零下108°C）。
这对于超导体的应用来说是一个重大的突破，因为它意味着超导体可以在更“温暖”的条件下工作。
这项发现背后的原理涉及到了超导体的电子输运和电荷配对机制。
铁基超导体是一种复杂的材料系统，其超导机制至今还没有完全被理解。
然而，通过对该材料的深入研究，科学家们逐渐揭示了其中的奥秘。
铁基超导体的结构由多个铁原子和其他元素组成，其中铁原子之间存在着复杂的相互作用。
科学家们发现，这种相互作用导致了电子之间的配对，进而实现了超导性。
通过理解铁基超导体的结构和性质，科学家们开始寻找其他更高温度的超导体。
除了铁基超导体，还有其他候选材料正在被研究，希望能够在更高温度下实现超导。
其中一种是钴化物超导体，这种材料展现出了190K的超导临界温度（约零下83°C）。
虽然这还远远低于室温，但它已经超过了之前的传统超导材料。
在我们追求更高温度超导体的过程中，我们还需要解决一些挑战。
超导性需要材料内部的电子之间形成“配对”，这对于高温下的材料来说是一个挑战。
铁基高温超导体的研究进展及展望
2008年 第53卷 第19期: 2265 ~ 2273 2265《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS评 述铁基高温超导体的研究进展及展望方磊, 闻海虎*中国科学院物理研究所超导国家重点实验室, 北京 100190 * 联系人, E-mail: hhwen@ 2008-07-21收稿, 2008-09-03接受摘要 自从2008年2月末F 掺杂的LaFeAsO 被报道有26 K 的超导电性后, 基于此体系材料的超导转变温度在短短几个月中被迅速地提高到55 K, 很多新超导体被发现, 同时人们对具有更高临界转变温度的新超导材料充满希望. 本文简要地回顾了这种体系中材料的探索、制备以及设计, 另外在理论和实验上对其超导机理的认识也给予了介绍和总结. 最后基于目前的实验数据, 对铁基超导体和铜氧化物高温超导体的重要物理参数进行了比较, 同时展望了这种新超导体的应用前景.关键词 铁基超导体 超导转变温度 ZrCuSiAs 结构配对对称性超导是一种宏观量子现象, 费米面上动量相反的电子配成对, 同时建立长程的位相相干进而发生凝聚, 其结果是超导体在临界温度下电阻的消失(零电阻)和对磁力线的排斥(完全抗磁性). 在正常金属中, 电子在一个充满各种振动的背景中运动, 最普通的是晶格的振动. 晶格的振动模可以被一种称为“声子”的元激发进行描述. 电子和声子碰撞后损失了动能进而导致能量的损耗. 这也就是正常金属在有限温度下电阻的来源. 然而在零温极限下所有的振动模式都停止了(不计量子涨落), 所以一个干净的系统中能量的损耗和电阻率都是为零的. 对于一个超导体而言, 费米面上的电子两两吸引形成束缚对, 这种束缚的电子对被称为库珀对. 库珀对服从玻色统计, 在临界温度(T c )下发生凝聚. 这种凝聚态具有很长的相干长度, 因而对晶格振动导致的局域散射不敏感, 所以输运上并不损耗能量, 电阻率可以在较高温度(T c 以下)保持为零. 与此同时, Ⅱ类超导体具有在很高的磁场下承载巨大电流密度的优越性能, 人们因此对高临界温度的新超导体充满了期望.人类寻找新超导体的历史已经持续将近100年, 在最初的几十年中, 新超导体的探索主要集中在单元素材料和多元素合金上. 然而这些材料的超导转变温度不超过23 K(Nb 3Ge)[1]. 一个重大的突破发生在1986年底, 在IBM Zurich 工作的Bednorz 和 Muller [2]发现铜氧化物LaBaCuO 的超导转变温度高于30 K. 自此寻找更高T c 的超导体的浪潮席卷全世界, 在短短的几年中, 铜氧化物超导转变温度被提升到134 K(常压)和164 K(高压). 然而铜氧化物超导体的相干长度非常短, 各向异性度很高, 又因为是陶瓷, 所以材质很脆, 这些不利因素都妨碍了它在工业上大规模的应用. 所以, 超导界的科学家们一直希望发现另外一种非铜氧基的高温超导体, 并且这种超导体具备更优异的性质.转机发生在2008年的2月末, 日本东京工业学院Hosono 教授的研究小组发现在母体材料LaFeAsO 中掺杂F 元素可以实现26 K 的超导电性[3]. 此类母体材料的研究历史可以追溯到1974年美国杜邦公司Johnson 等人[4]在寻找新的功能材料中的工作. 随后, 一个德国的研究组合成了系列的具有同样ZrCuSiAs 结构的新材料[5]. 这些新材料被取名为四元磷氧化物LnOMPn(Ln=La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy; M=Mn, Fe, Co, Ni; Pn=P, As). 图1是LaFeAsO 的基本结构. 这个体系空间群为P4/nmm, 具有四方的层状结构, 在c 方向上以—(LnO)2-(MP)2-(LnO)2—形式交替堆砌, 一个单胞中有两个分子LnOMP. 对于母体材料而言, 层和层之间电荷是平衡的, 例如,2008年10月 第53卷 第19期2266(LnO)+1和(MP)−1的电荷是平衡的. 由于四元磷氧化物LnOMPn 中的一些材料在低温下是超导体, 因此 这个体系构建了铜氧化物外的另一个层状超导体家族[6,7]. 在Hosono 小组发现LaFeAsO1−x F x (x =0.05~ 0.12)具有26 K 的转变温度后[3], 新的一轮寻找高温超导材料的浪潮再次到来.图1 LaFeAsO 的原子结构图LaFeAsO 属于ZrCuSiAs 结构, 在c 方向—(LaO)2-(FeAS)2-(LaO)2- (FeAs)2—相互交叠进而构成一个典型的层状化合物. 铁离子排布成一个四方结构, 近邻的铁离子距离2.853 Å, 对角的铁离子距离3.97 Å1 追寻更高T c在Hosono 小组的工作发表后的很短时间, 中国科学院物理研究所的王楠林小组、闻海虎小组和美国橡树岭国家实验室的Mandrus 小组, 分别独立地制备出超导温度26 K 的LaFeAsO 1−x F x 并作了系统的输运测量[8~10]. 数据揭示LaFeAsO 1−x F x 的载流子为电子型而且载流子密度很低, 这些性质和铜氧化物高温超导体都很类似. 随即不同小组追寻更高超导转变温度的竞争拉开序幕. 大部分的研究进展都以非正式发表的形式及时刊登在美国Los Alamos 国家实验室的免费电子资源平台上(/list/cond-mat. supr-con/). Takahashi 等人[11]利用高压技术(3 GPa)把LaFeAsO 0.89F 0.11的转变温度从26 K 提高到43 K. 2008年3月20日闻海虎小组报道了利用二价的Sr 代替部分三价的La(空穴掺杂), La 1−x Sr x FeAsO 可以实现25 K 的超导转变, 从而否定了Hosono 小组关于空穴掺杂在铁基母体中不能实现超导的结论[12]. 几天后, 中国科学技术大学陈仙辉小组报道了SmFeAs- O 0.85F 0.15中实现43 K 的超导电性[13]. 几乎同一时间中国科学院物理研究所的王楠林小组[14]发现41 K 超导体CeFeAsO 1−x F x , 赵忠贤小组[15]报道了接近或超过50 K 的超导体NdFeAsO 0.85F 0.15和PrFeAsO 0.85F 0.15. 在追逐更高T c 的激烈竞争中, 人们发现高压技术合成样品是效率较高的, 例如, 低于2 h 的样品烧结时间以及高压导致F 的有效掺杂. 高压技术的应用可以很容易实现高的超导转变温度, 稀土金属Ce, Pr, Nd, Sm, Eu 和Gd 的铁基超导体基本都可以达到50~55 K [16]. 另外, 赵忠贤和任治安等人认识到由于名义上的化学计量比的F 含量在烧结过程中可能丢失, 铁基超导体中氧缺位实际上是存在的. 因此, 任治安等人利用高压技术直接合成了无氟缺氧的LnFeAsO 1−x , 发现超导转变温度达到了55 K, 从而证实了他们的氧位缺失导致超导的观点[17]. 但必须说明的是, 常压合成的无氟缺氧LnFeAsO 1−x 并不超导, 即使样品很纯净, 也没有任何超导迹象出现[18]. 一种可能性是此类缺氧的相是一个亚稳相, 在常压下合成出来的实际上是不缺氧的相. 此外, 曹光汉和许祝安小组还发现利用Th 替换Gd 的方法在Gd 1−x Th x FeAsO 中观察到56 K 的超导电性[19]. 同时他们在Tb 1−x Th x FeAsO 中也观察到超过50 K 的超导电性[20]. 最近利用高压技术, 重稀土Tb 和Dy 的铁基超导体也实现了40 K 的高温超导电性[21]. 在图2中, 我们给出了超导转变温度和发现时间的关系曲线, 可以很清楚地发现超导转变温度随时间上升得非常快, 同时铁基超导体的临界温度能否超过液氮温度77 K, 也给人们很大的想象空间.在探寻具有更高转变温度的超导体的时候, 有几种可能的途径. 第一个也是最直接的办法就是合成一个单胞中有多个FeAs 层. 这个想法来自铜氧化物超导体, 因为两个体系的上临界场都特别高, 从而配对势很强, 但超流密度却很低[8~10]. 所以按照提高铜氧化物超导温度的思路, 只要超导转变由相位涨落控制而不受配对强度影响的话, 多层可以产生更高的超流密度. 然而必须指出的是, 铁基超导体的位相涨落并不是特别的强, 至少最优掺杂的样品是这样. 能斯特效应的测量确实发现在超导转变温度以上能斯特效应很弱, 而且扩展的温区只有10 K 以内, 确实说明此类材料中的相位涨落很弱[22]. 闻海虎小组[23,24]最近率先测量了NdFeAsO 0.82F 0.18单晶的上临界磁场和超导态电阻随磁场的各向异性, 发现各向异性度Г = (m c /m ab )1/2小于5或者6. 但对低掺杂的样品的各向异2267性度和配对能隙的研究至今没有报道, 如果没有比最佳掺杂提高很多, 反而像BCS 型超导体要求[25]的那样2∆sc /k B T c ≈4, 那么利用多层来提高超导转变温度的可能性就大大受到限制.但不管怎样, 一种新的结图2 铁基超导体的发现时间和超导转变温度的关系图(2008年6月15日以前)白色的圆点代表电子型超导体, 由F 掺杂或者氧缺位所致. 黑色的原点代表空穴型超导体. 具有更高超导转变温度的新超导体是值得期待的构往往导致配对强度和费米面上态密度的改变, 从而多层系统的T c 可以随机地增大或者减小.第二个寻找高T c 的途径就是通过元素替代来合成新材料. 目前为止, 并没有直接的解释为什么FeAs 系统中的T c 要高于NiAs 或者FeP 系统, 然而探寻不含As 的超导体是物有所值的, 毕竟As 带有毒性. 如果坚持以FeAs 为基的话, 空穴掺杂也许是另外一个重要的方向. 按照闻海虎小组的观点, 空穴掺杂可以导致超导电性[12], 同时T c 的变化随着空穴或者电子的掺杂量是基本对称的. 这个观点的提出在开始遇到很大阻力, 但是随着时间的推移, 逐渐被实验事实所支持. 一个类似的结果就是Hosono 小组报道的LaFePO 中实现了电子掺杂(F 替代O)和空穴掺杂(Ca 替代La), 但该文作者把Ca 掺杂提高T c 的结果归于晶格的收缩而不是能带的填充[26]. 最近闻海虎小组又成功制备了LaNiAsO 1−x F x 和La 1−x Sr x NiAsO 体系[27], 发现T c 的改变随着空穴或者电子的掺杂量也是基本对称的. 在Sr 掺杂的样品中, T c 随着晶格常数的增加而单调上升, 事实上Sr 2+的离子半径(0.112 nm)大于La 3+的离子半径(0.106 nm), 所以在不考虑结构畸变的情况下, 晶格应该有所膨胀. 关于ZrCuSiAs (1111)结构中可以利用空穴导致超导电性, 目前只有闻海虎小组有报道. 也有报道称, 可能是氧缺位导致超 导[28]. 然而, 闻海虎等人的数据表明, 只要二价金属原子Sr 等被有效掺到晶格位置, 就会出现超导[29]. 这方面的结论需要更多研究组工作的确认, 相信不久就会有最终结论. 最近, Rotter 等人用K +替代Ba 2+离子, 发现(Ba 0.6K 0.4)Fe 2As 2中存在38 K 的超导电性[30], 这是FeAs 基材料中空穴掺杂导致超导的进一步例证. 其母相BaFe 2As 2从电阻率随温度的变化关系上看是一个坏金属, 在140 K 附近有一个自旋密度波反常, 这些性质非常类似于零掺杂的LnFeAsO 的电输运特性. 总的来说, Rotter 等人的工作很明确地证实了闻海虎小组早期提出的空穴掺杂导致超导的观点[12]. 因而从这个方面而言, 通过空穴掺杂寻找新超导体仍有广阔天地.2 材料的合成为了对FeAs 基超导体物理性质有准确及深入的认识, 高质量的样品是不可或缺的. 目前为止, 国际上已经有很多小组合成出接近单相的LnFeAsO 1−x F x (Ln=La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd [31], Eu, Tb, Dy, Gd/Th). 制2008年10月 第53卷 第19期2268备样品的主要途径就是化学固相反应, 固相反应合成可以一步或者分步完成, 所谓一步法就是把金属单质和其他化合物按照化学计量比称量研磨和烧结, 而分步法就是先制备出砷化稀土和砷化铁, 再和其他所需化合物按照化学配平称量研磨和烧结, 如闻海虎小组初期采用的两步法合成单相样品的工艺就是行之有效的[9]. 不管一步还是分步合成样品, 原料需密封在石英管中烧结, 烧结温度在1150~1260℃之间. 由于稀土元素很容易被氧化, 研磨和压片的过程必须在充满保护气体的手套箱中进行. 另外, 砷单质和其化合物都是有毒的, 所以任何涉及砷的材料制备过程都必须严格控制在手套箱中以保护科研人员的健康. 第二种制备材料的方法就是前面提到的高压合成技术, 这种方法的优点就是元素反应迅速而且非常高效, 但由于反应时间过短, 化学合成不充分, 有杂相存在, 如FeAs 等. 第三种获得纯相的途径就是助溶剂方法[23,24], 这种方法的优点是烧结温度比较低. 我们已经利用这种方法成功制备出系列的NdFeAsO 1−x F x 单相样品.为了获得FeAs 基超导体的本征性质, 单晶的制备极为重要. 尽管有很多小组在随后的时间中报道了Ba 1−x K x Fe 2As 2单晶的生长, 但是在作者完成这篇初稿时(2008年6月15日之前), 只有两个小组报道了ZrCuSiAs(1111)相单晶样品的合成, 因此本文不再对Ba 1−x K x Fe 2As 2晶体的制备过程进行介绍. 关于F 掺杂的LnFeAsO 晶体的制备, 其中一个小组利用高温高压技术(ETH, Zurich)成功制备出最大尺寸为100 µm 的单晶[32], 他们利用混合的NaCl 和KCl 作助溶剂, 原料ReFeAsOF 和助溶剂的量控制在1:1到1:3之间, 原料和助溶剂充分混合后压片放在一个BN 坩埚中, 外面再用叶腊石包套密封. 实验采用的压力为3 GPa, 在1 h 之内升温至1350~1450℃之间, 保温 4~10 h, 最后用5~24 h 降温来促进晶体长大. 实际上, 同期我们已经在常压下利用助溶剂方法生长出NdFeAsO 1−x F x 单晶, 化学计量比的FeAs, NdAs, Fe 2O 3, NdF 3, Fe 和助溶剂NaCl 均匀混合(原料量:助溶剂量=1:10), 压片真空封管, 在1050℃保持5~10 d 后以3℃/h 降温到NaCl 的熔点800℃, 随即断电随炉降温. 所得大量片状单晶附着在NaCl 单晶上, 用水洗去NaCl 即得NdFeAsO 1−x F x 单晶. 图3(a)显示了图3(a) NdFeAsO 1−x F x 单晶面内电阻率随温度的变化曲线, 超导转变在50 K 附近, 转变宽度小于2 K; 插图显示一个20 µm 的单晶, 利用聚焦离子束技术化学气象沉积了Pt 膜作为四个电极; (b) 单晶的X 射线衍射谱, 只有(00l)方向的布拉格峰出现, 显示了单晶很好的取向性; (c) 不同磁场下电阻率随温度的变化关系, 超导转变起始温度点随磁场的加大而略微平移, 显示铁基超导体具有很高的上临界场(以正常态电阻率的95%作为判据); (d) NdFeAsO 1−x F x 单晶磁场随温度的相图, 四方格子代表T c 附近上临界场斜率, 原点线是超导体的不可逆线(以正常态电阻率的1%作为判据)一个NdFeAsO1−x F x单晶面内电阻率随温度的变化曲线, 超导转变在50 K附近, 转变宽度小于2 K. 图3(b)是一片单晶的X射线衍射谱, 只有(00l)方向的布拉格峰出现, 显示了单晶很好的取向性. 我们利用扫描电子显微镜进行晶体形貌测量发现单晶最大尺寸为70 µm, 如果进一步控制晶体生长的成核率以及优化成核温度, 更大尺寸的单晶是可以获得的. 不管怎样, 随着时间的推移, 生长大尺寸FeAs基超导体单晶的方法将不断涌现.3理论和实验对超导机理的研究进展当FeAs基材料的超导电性被相继报道后, 科研工作者随即开展了大量的科学研究, 希望能找到超导电子配对的机理. 最初的理论计算发现电声耦合常数λel-ph仅为0.21[33], 这么低的λel-ph显然不足以导致55 K之高的超导转变温度. 实际上一个类似的系统LaFePO已经有了能带计算结果[34]. LaFePO的超导转变温度为4 K, 电阻率随温度的变化关系是一个金属型的(0~300 K), 这种金属型的电输运行为和零掺杂的LaFeAsO截然不同, LaFeAsO的电阻率在150 K有个很大的下降, 接近零温时电阻率反而微微上翘[3,35]. 电阻率在150 K下降的起因早期被解释为费米面上电子口袋和空穴口袋之间的叠套引起的自旋密度波(SDW), 随后中子散射实验观测到对应此SDW的布拉格峰, 这些布拉格峰对应着一种相互交错的反铁磁长程序, 这种反铁磁长程序发生在136 K, 在此温度之上的150 K体系还有一个结构相变发生, 因而可能是结构相变先发生然后反铁磁序才被建立[36], 然而很难说电子态的不稳定和材料结构的畸变究竟谁是诱因. 很快穆斯堡尔谱实验也证实了零掺杂的LaFeAsO中结构相变和SDW序的共存[37], 显示了不同测量手段所得结论的一致性. 通过F掺杂, 电阻率在150 K的突降被逐渐抹平, 电阻率在低温下的上翘也被严重压制, 当电子和空穴掺杂量到了一定程度后超导就出现了. 由于在样品制备过程中F很容易损失, 因此实际的掺杂和名义上的掺杂量是不同的, 所以超导究竟在哪个掺杂量出现还是不确定的. 此外在欠掺杂区超导转变温度是否随掺杂量单调上升也不明确. 在掺杂最优化的情况下, 单晶正常态ab面内的电阻率显示连续弯曲的特性, 这显然与理论上预言的非常规金属正常态电导线性特征相违背, 这方面一个重要的例子就是铜氧化物高温超导体最佳掺杂点的电阻超线性行为. 因此, 在铁基超导体中目前还很难说某些掺杂点附近存在量子临界点.据已报道的数据, 最高的掺杂可以达到50%, 然而T c仍然维持在55 K或者仅比55 K有轻微的提高, 所以在严重过掺的样品中相分离可能存在, 因为F显然是不均匀的.最早的理论工作是关于能带的计算, 按照Lebègue的工作[34]及Singh和Du的计算结果[38], 母相LaFePO和LaFeAsO中Fe3d电子的5个轨道跨越了费米能, 费米面由5个部分组成, 沿M-A方向的电子型的费米面, 这个费米面上的电子费米速度比较高; 沿Γ-Z方向的空穴型的费米面, 费米速度在这个区域比较低; 还有一个三维的在Z点的空穴口袋. 由于电子型的圆柱形费米面上费米速度比较高, 因而面内电导被认为由这部分费米面负主要责任. 然而这些理论计算并没有考虑到电子的关联效应, Kotliar用动力学平均场方法(DMFT)估算到电子关联能大概为4 eV, 并认为母体LaFeAsO是一个坏金属, 处在金属绝缘体转变(MIT)的边缘[39]. 在考虑到电子的关联效应以及Fe-Fe键(J1, 近邻)和Fe-As-Fe键(J2, 次近邻)的超交换相互作用后, 理论上发现LaFeAsO的最低能量态是反铁磁长程序[40], 电子的自旋相互交错(interpenetrated), 在134 K进入反铁磁长程序以降低系统的能量, 同时在较高温度还有一个结构相变. 目前为止还不能确定反铁磁序和结构相变之间是否有紧密的联系, 如果有联系, 那么谁起主要作用也有待考证.关于超导态的配对对称性的研究, 理论上已经提出了很多可能, 限于篇幅以及个人的认识, 我们只能挑选出一部分来加以阐述. 第一种是扩展的S波配对, 认同这种观点的工作目前不多, 基于特殊结构的配对势V kk′, 费米面上不同部分的能隙符号相反, 因而超导波函数的能隙方程为扩展的S波[41,42]. 此外,一些理论工作者关注费米面上环绕着M点的两个电子型费米口袋, 根据第一性原理计算, 依赖于掺杂的超导转变温度被认为受控于这两个费米口袋的轨道能级简并度[43]. 第二种观点是能隙带有节点(node)的配对对称性, 一些理论认为Fe的d轨道中的铁磁性的洪特耦合将起到很重要的配对作用, 例如Dai等人[44]提出了一个新颖的配对方式, 即组成库珀对的22692008年10月 第53卷 第19期2270两个电子来自不同的电子口袋, 导致了自旋的三重态, 轨道的单态以及动量空间的偶宇称. 另一方面, Lee 和Wen [45]认为洪特耦合将导致带间的p 波对称, 特别是在能级劈裂的情况下, 这种配对对称性将更加稳定. 其他一些理论或多或少基于电子-空穴对称性或者假设带间带内的涨落为配对的媒介[46,47]. 由于实验上对铁基超导体的微观描述比较少, 因而对其超导配对对称性的定论还不能得到. 然而纯粹从对称性角度出发, 某些理论并不需要实验上的微观结果, 已经能推演出超导态对称性的一些普遍性质[48~50].实验上关于FeAs 基超导体能隙可能存在节点的报道最早来自闻海虎小组, 该小组利用低温比热测量超导转变温度为26 K 的LaFeAsO 0.9F 0.1的低能元激发, 发现电子比热系数γ和外加磁场成非线性关系[25], 同时点接触隧道谱也显示零偏压电导峰(ZBCP)的存在, 随着温度和磁场的增加, ZBCP 逐渐消失. ZBCP 通常被解释为电子隧穿一个金属和一个能隙存在节点的超导体的界面效应[51]. 随后, 两个不同小组基于µSR 实验分别指出FeAs 基超导体的配对对称性为脏的d 波[52,53], 他们指出这个体系的超流密度很低, 超流密度符合Uemura 关系, 即T c ∝ρs [54]. 如果Uemura 关系真能满足, 那么两层结构的FeAs 基超导体将具备更高的超导转变温度. 最近, 核磁共振实验发现自旋点阵弛豫率1/T 1T 符合一个幂次关系(power law), 自旋点阵弛豫率测量的是超导态的准粒子态密度, 因而在超导态随着温度升高费米面上已经有准粒子态密度的存在, 因此超导态的能隙函数可能有节点存在. 作者进一步指出库珀对为自旋单态[55,56]. 但也有些测量倾向于没有节点的能隙, 例如在SmFeAs- O 0.85F 0.15上面的点接触隧道谱的结果认为是一个单一的S 波能隙, 基本满足BCS 预期[57]; 在NdFeAs-表1 铁基超导体和铜氧化物超导体的物理性质比较物理参数 铁砷基铜氧化物 评价H c 1约50~100 Oe (1 Oe = 79.5775 A/m) ~100 Oe下临界场比较接近, 欠掺杂铜氧化物符合Uemura 定律, 铁基可能符合H c 2H c 2(H ||c ): ~70 T H c 2(H ||ab ): ~300 T由NdFeAsO 0.88F 0.12单晶输运数据估算而得 对YBCO 而言 H c 2(H ||c ): 100 TH c 2(H ||ab ): 300~600 T 两个系统的上临界场都很高, 所以配对能隙很强各向异性 Γ=(m c /m ab )1/24~5: NdFeAsO 0.88F 0.12单晶T C 附近 ~2: Ba 1−x K x Fe 2As 2单晶T C 附近对YBCO 而言7~20; 对Bi-2212而言100目前为止单层的铁基超导体的各向异性甚至小于YBCO能隙 LaFeAsOF 的能隙在4 meV 左右, 对(Nd, Pr,Sm) FeAsOF 而言7~10 meV, 2∆/k B T c = 3.5~4.5, 可能有双能隙2∆/k B T c = 8?由于赝能隙的存在,能隙值还不确定 铁基超导体的涨落效应可能不是很强, 但这和低的超流密度相违背能隙对称性 自旋单态观点居多. 带节点、节线的能隙和S 波能隙观点相当. 这方面的结论目前分歧很大主要是d 波配对 目前多数在1111结构中的实验结果支持超导体能隙是带节点的(也有S 波实验结果), 然而在122结构中看见了S 波能隙超流密度 低 低 铜氧化物中位相涨落很明显, 但铁基超导体中似乎不强相干长度对T c = 52 K 的NdFeAsOF 而言ξab = 15-25 Å ξc = 5-10 Å 对T c =90 K 的YBCO 而言ξab = 10 Å ξc = 2~3 Å 两个体系的相干长度都很小, 对应着比较小的凝聚能钉扎势 穿透深度λab = 1000-2000 Å λc = 3000-5000 Å对YBCO 而言 λab = 1000~2000 Å λc = 3000~6000 Å两个系统的λ都很大, 显示低的超流密度母体性质反铁磁或者自旋密度波序, 磁矩0.3~1 µB反铁磁长程序, 磁矩0.5µB, 交换关联能J为0.13meV 二个体系的共同之处是反铁磁序的压制可以诱导超导的出现能带多带空穴掺杂的材料是单带,电子掺杂的材料是多带铁基超导体更类似于电子型的铜氧化物超导体O0.9F0.1单晶上的穿透深度测量就倾向于超导序参量是不带节点的弱各向异性的S波[58]; 另外, NdFeAs- O0.9F0.1单晶上的角分辨光电子能谱测量发现在Γ点的空穴型费米面在超导转变温度以下有完全的能隙打开, 因而超导序参量是各向同性的S波或者是各向异性的S波[59]. 需要指出的是, 作者并没有说明另外两个电子型费米面上的能隙分布如何, 毕竟电子型费米面对正常态输运也起重要作用, 所以序参量S波对称的观点还有待更好的实验数据来证实. 总之从目前的实验数据而言, 单层的FeAs基超导体(ZrCuSiAs 结构)配对对称性d波的可能性比较大, 但还没有定论. 然而, 在BaFe2As2结构中, 最近的角分辨光电子能谱等数据表明S波配对对称性的可能性较大[60]. 鉴于此类超导体具有极其复杂的费米面构成, 因此关于超导能隙的对称性的定论尚需时日.4 铁砷基超导体(ZrCuSiAs结构)和铜氧化物超导体物性的简单比较在表1中我们对铁基超导体和铜氧化物超导体的物理性质做了一个初步的比较, 所有的物理参数均来自于已发表的或者刊登在arXiv数据库上以及我们自己测量的结果.比较表1所列的物性参数, 我们可以发现铁基超导体和铜氧化物超导体有很多类似之处. 然而目前为止还很难说两者的超导配对机理是相同的, 因此基于单晶样品的详实可靠的数据是必需的.5结论与展望很明显, 铁基超导体为探索超导体提供了一个新的平台, 同时它的物理性质也可能是非常规的. 高的上临界场、较小的各向异性和更大的相干长度(相对铜氧化物超导体而言)保证了这种材料的应用潜力. 图3(d)中我们给出了单晶的相图, 可以很清楚地发现它的临界场已经远远超过了MgB2, 因而铁基超导体在工业应用上有很大潜力. 在机理方面, 对于所有欠掺杂的样品而言, 反铁磁序是否是一个共同的特征是非常值得探寻的, 进一步来说, 反铁磁涨落对超导是否有影响将非常重要. 下一步从单晶样品上获得可靠数据将对阐明费米面的形状以及费米面随掺杂的演化, 及超导机理问题非常重要. 沿着空穴掺杂、新结构或者多层的思路去探索新材料, 可能会发现具有更高T c的新超导体.编后语此文的主体部分是2008年6月15日前完成的, 因此它主要反映的是此前的信息. 随后的一些重要工作可能未能够反映出来, 请见谅.参考文献1 Poole C P. Handbook of Superconductivity. New York: Academic Press, 20002 Bednorz J G, Muller K A. Possible high T c superconductivity in the Ba-La-Cu-O System. Z Phys B, 1986, 64: 189—1933 Kamihara Y, Watanabe T, Hirano M, et al. Iron-based layered superconductor La[O1−x F x]FeAs(x=0.05－0.12) with T c=26 K. J AmChem Soc, 2008, 130: 3296—32974 Johnson V, Jeitschko W. ZrCuSiAs: A “filled” PbFCl type. J Solid State Chem, 1974, 11: 161—1665 Zimmer B I, Jeitschko W, Albering J H, et al. The rare earth transition metal phosphide oxides LnFePO, LnRuPO and LnCoPO withZrCuSiAs type structure. J Alloys Comp, 1995, 229: 238—2426 Kamihara Y, Hiramatsu H, Hirano M, et al. Iron-based layered superconductor: LaOFeP. J Am Chem Soc, 2006, 128: 10012—100137 Watanabe T, Yanagi H, Kamiya T, et al. Nickel-based oxyphosphide superconductor with a layered crystal structure, LaNiOP. InorgChem, 2007, 46: 7719—77218 Chen G F, Li Z, Li G, et al. Superconducting properties of Fe-based layered superconductor LaO0.9F0.1−δFeAs. Phys Rev Lett, 2008,101: 0570079 Zhu X Y, Yang H, Fang L, et al. Upper critical field, Hall effect and magnetoresistance in the iron-based layered superconductor2271。
铁基高温超导新理论
该研 究 结果 表 明 ， 论 影 响光 子 的是 无 什么 因素 ， 这种影 响 都几乎 是 同时发生 的。 根 据研究 人 员 的计 算 ， 种 影 响 因素 起 作 这
用 的速度 必须要 比光 速快 至少 １万倍 。考
嗤之 以鼻 ， 管 量子 力 学 表 明确 实可 能 存 尽
在这种情 况 。眼下 ， ５位瑞 士科学 家成功 验 证 了所谓 的 “ 远 的鬼 魅 行为 ” 爱 因斯 坦 遥 （ 批判上述想 法 的用语 ） 。研 究人 员发 现 ， 即
ｌ ・ ５
光 学精 密 机 械
抑制 了铁原 子通 过相互 作用 自发 地磁 有序
化。这种 阻 挫效 应 提 高 了磁 量 子涨 落 ， 这 或 许就是导致 高温超导 的幕后原 因。
２０ ０ ８年 第 ３期 （ 第 １ ０期 ） 总 １
制， 我们仍然 能够作 出一 些 一般性 的 、 于 关
虑 到 宇 宙 时 空 中爱 因斯 坦 的 标 准 速 度 限
美 国科 学 家 用 老 鼠进 行 的研 究 发 现 ， 哺乳 动物 眼睛 的受光 体对 生 物 钟 的控 制起
着关键 作用 。 据 美 国每 日科 学 网站 报 道 ， 吉 尼 亚 弗 大学 的科 学 家 在研 究 中 发 现 ， 过 减 少 普 通 通老 鼠接 受 的 光 照 强 度 ， 以使 老 鼠眼 睛 可 受光体 不再敏 感 。他 们据 此 培育 出 了对 光
过 了 ５ Ｋ 而在 这 一 浪 潮 之 前 ， 温 超 导 ０。 高 现象 只“ 可怜 ” 地存 在 于一类 铜 氧化 物一铜
酸盐 中 。
美 国莱斯 大学 的 理论 物 理学 家 斯其 苗 表 示 ， 铁基超 导为量 子 凝 聚态 领域 带 来 了 “
材料科学中的超级导电性材料
材料科学中的超级导电性材料超导材料是指在低温下能够以零电阻和完全抗磁性的方式输运电流的材料。
自从超导现象在1911年被发现以来，材料科学家一直在努力寻找新的超导材料，尤其是在室温下能够实现超导的材料。
室温超导材料的发现将对电力输送、磁共振成像等领域产生巨大的革命性影响。
虽然第一例超导材料是铅，但它的低临界温度使其应用受限。
随着材料科学的发展，人们发现了一些其他具有更高转变温度的超导材料，如铜氧化物和铁基超导体。
这些超导材料的发现引起了学术界和工业界的广泛兴趣，因为它们的应用潜力巨大。
铜氧化物超导体是目前已知的转变温度最高的超导材料，其临界温度可高达近150K。
尽管这种温度仍然需要液氮冷却，但相对于铅等传统超导材料的4K低温要求来说，这已经是一个重大的突破。
铜氧化物超导体在电力输送和能源储存方面有着巨大的应用潜力。
然而，要实现室温超导仍然存在挑战，因为铜氧化物超导体的高温超导机理仍不完全清楚。
铁基超导体是另一类研究热点，它们具有相对较高的临界温度，并且由丰富的基元组成，结构复杂性高。
这些超导材料的结构和性质之间的关系是材料科学研究的难点之一、铁基超导体的理论研究和实验研究相辅相成，为人们揭示了超导机制的奥秘，并推动了超导材料的发展。
除了铜氧化物和铁基超导体，还有其他一些材料也表现出超导性质，如铟铋系列化合物和钴铜硒等。
这些材料大都是复合材料，通常由多个元素组成。
材料科学家通过调整元素组成和结构来改善超导性能，并寻找新的超导材料。
超导材料的研究不仅是为了实现高温超导和应用开发，还有助于深入理解材料的电子结构和物理性质。
这些研究对于开发新的功能材料和提高材料性能具有重要意义。
总的来说，超导材料在材料科学领域有着重要的地位和广阔的前景。
随着研究的深入和技术的进步，相信未来会有更多具有高温超导性能的材料被发现，并应用于各个领域，为人类带来更多福祉。
铁基超导现象解析
铁基超导现象解析铁基超导材料是指含有铁元素的超导材料，是超导领域的研究热点之一。
铁基超导材料具有许多独特的物理性质，如高温超导、磁性和结构相互作用等，引起了科学家们的广泛关注。
本文将对铁基超导现象进行解析，探讨其物理机制和应用前景。
一、铁基超导的发现历程铁基超导材料的发现可以追溯到2008年，当时最早被报道的铁基超导体是LaFeAsO1-xFx。
这种材料在26K的温度下表现出超导性质，这一发现引起了科学界的轰动。
此后，科学家们陆续发现了一系列铁基超导材料，如BaFe2As2、FeSe等，这些材料的超导转变温度相对较高，为研究者提供了更多的可能性。
二、铁基超导的物理机制铁基超导的物理机制是一个复杂而有待深入研究的课题。
目前，对铁基超导机制的解释主要有两种理论：磁激子理论和多轨道相互作用理论。
1. 磁激子理论磁激子理论认为，铁基超导体的超导性质与其磁性有关。
在铁基超导体中，铁元素的磁性起着重要作用，通过磁激子的相互作用，可以形成超导电子对。
这种理论解释了铁基超导体中磁性和超导性的关联性，但仍有一些问题有待解决。
2. 多轨道相互作用理论多轨道相互作用理论认为，铁基超导体中的多个轨道之间存在相互作用，这种相互作用可以导致电子之间的吸引力，从而形成超导电子对。
这种理论更好地解释了铁基超导体中的超导性质，但仍需要更多的实验证据来支持。
三、铁基超导的应用前景铁基超导材料具有许多潜在的应用前景，主要体现在以下几个方面：1. 超导电力输送铁基超导材料具有较高的临界温度和临界电流密度，可以用于超导电力输送系统。
超导电力输送系统具有输电效率高、能耗低的优势，可以提高电力输送的效率和稳定性。
2. 磁共振成像铁基超导材料可以用于磁共振成像等医疗设备中，其高临界温度和高磁场性能可以提高成像的分辨率和灵敏度，为医学诊断提供更好的帮助。
3. 量子计算铁基超导材料还可以应用于量子计算领域，其超导性质可以用来构建量子比特和量子逻辑门，为量子计算机的发展提供新的可能性。
无机材料的超导性能与应用
无机材料的超导性能与应用超导材料是指在低温下电阻消失，磁场被完全排斥的一类材料。
这种特殊的电学性质使得超导材料在能源传输、磁共振成像等众多领域具有重要的应用价值。
本文将探讨无机材料的超导性能及其在不同领域的应用。
一、无机材料的超导性能超导性的发现始于1911年，迄今已有百余年的历史。
最初发现的超导材料主要是金属元素，如铅、汞等。
但随着研究的深入，人们发现了许多非金属化合物也具有超导性。
这些无机材料中，最有代表性的是铜氧化物和铁基超导体。
铜氧化物超导体是研究超导材料的重要里程碑。
1986年，高温超导现象首次在铜氧化物中被发现，引起了学术界的广泛关注。
铜氧化物超导体具有较高的临界温度（关键温度，通常用Tc表示），超过了常规金属超导体的临界温度，为-100摄氏度以上。
这使得铜氧化物超导体成为了研究超导机制和应用的热点领域。
另一类重要的无机超导材料是铁基超导体。
与铜氧化物超导体相比，铁基超导体具有更高的临界温度，达到了-150摄氏度以上。
这使得铁基超导体在实际应用中更具潜力。
铁基超导体的发现推动了超导材料领域的进一步研究，也为实现更高温度的超导性提供了重要的思路。
二、无机材料超导的应用1. 能源传输超导材料在能源传输领域具有巨大的应用潜力。
由于超导材料在低温下无电阻，能够实现电流的零损耗传输。
这意味着在超导输电线路中，电流可以持续流动而不会损耗能量。
相比传统的铜导线，超导输电线路具有更高的效率和更小的能量损耗，能够节约大量能源资源。
目前，超导输电技术正日益成熟，已经开始在实际工程中得到应用。
2. 磁共振成像超导材料在医学领域中的应用被广泛研究和开发。
磁共振成像（MRI）是一种常用的医学影像技术，可以用于对人体进行无创检查。
超导磁体是MRI设备的核心部件，通过产生强磁场来获取人体内部的图像信息。
由于超导磁体具有强大的磁场稳定性和低能耗特性，使得MRI设备更加高效可靠。
因此，超导材料对于磁共振成像技术的发展起到了至关重要的作用。
超导体材料中的铁基超导机制
超导体材料中的铁基超导机制超导体是一种特殊的物质，具有在低温下电阻彻底消失的特点。
这种神奇的现象几乎可以应用于各个领域，包括能源传输、磁共振成像、磁悬浮等。
铁基超导体是近年来超导体研究领域的一个热点，其超导转变温度较高，但其超导机制却相对复杂不易理解。
本文将探讨铁基超导体中的超导机制。
1. 背景介绍铁基超导体是指以铁为主要组成元素的超导材料，其超导转变温度远高于常规超导材料。
铁基超导材料可以分为多种类型，包括FeSe系列、BaFe2As2系列等。
这些材料具有共同的特点，即铁原子之间的磁性相互作用对超导性起到重要的影响。
2. 理论模型铁基超导体的超导机制目前尚未被完全理解，但已经提出了一些相关的理论模型来解释其超导性质。
其中最为重要的是铁基超导体中的费米面嵌套和声子介导的超导机制。
2.1 费米面嵌套模型费米面嵌套模型是最早提出的铁基超导机制之一。
该模型认为，铁原子之间的相互作用导致了电子晶格的畸变，进而改变了费米面形状。
在一定的区域内，费米面彼此嵌套，这种费米面嵌套有助于形成电子间的库珀对，并促进超导转变的发生。
2.2 声子介导模型声子介导模型是解释铁基超导机制的另一种理论模型。
该模型认为，电子和晶格振动之间的相互作用是铁基超导的主要机制。
晶格振动产生了声子，而声子的传递又促使了电子之间的吸引力，最终形成了超导态。
3. 实验证据实验证据对于验证理论模型至关重要。
针对铁基超导体的研究已经得到了一系列有力的实验证据。
3.1 费米面嵌套的实验证据近年来，通过角分辨光电子能谱测量等实验手段，观察到了费米面嵌套效应的存在。
这一实验证据表明，费米面嵌套在铁基超导体中起着重要的作用，并可能与其超导性质密切相关。
3.2 声子介导的实验证据通过中子散射等实验手段，研究人员观察到了铁基超导体中的晶格振动特征。
这些实验证据表明，铁基超导体中的声子对电子之间的相互作用起到了重要的媒介作用，从而促进了超导转变的发生。
4. 挑战与展望虽然铁基超导体的超导机制已经取得了一些进展，但仍存在许多挑战需要克服。
铁基超导材料的磁性和超导性质
铁基超导材料的磁性和超导性质随着科学技术的不断发展，超导材料作为一种具有特殊电学性质的材料，越来越受到人们的关注。
其中，铁基超导材料因其独特的磁性和超导性质而备受关注。
本文将从铁基超导材料的磁性和超导性质两方面展开论述。
一、铁基超导材料的磁性铁基超导材料中的磁性是研究的重点之一。
事实上，铁基超导材料中的磁性并不同于常规超导材料中的那种完全排斥磁场的特性。
相反，铁基超导材料在低温下可以存在磁性，这被称为实验上观测到了铁电子的顺磁性。
顺磁性是指在外加磁场的作用下，物质磁化程度随外磁场的增加而增加的性质。
顺磁性在铁基超导材料中的出现一方面是由于材料中存在未成对电子自旋，另一方面是由于该类材料的电子结构具有一定的复杂性。
对于铁基超导材料中顺磁性的形成机制，研究者们进行了大量的探索。
有研究认为，铁基超导材料中的顺磁性来源于材料中的磁性原子。
这些磁性原子会对材料的电子结构产生重要影响，进而影响超导性质的表现。
二、铁基超导材料的超导性质铁基超导材料不仅具有特殊的磁性，还具有出色的超导性质。
其中，铁基超导材料的超导转变温度是一个重要的指标。
超导转变温度是指材料处于超导状态时，临界温度下绝缘态与超导态之间转变的临界温度。
与其他超导材料相比，铁基超导材料的超导转变温度相对较高，一些材料的超导转变温度甚至高达几十开尔文。
这为铁基超导材料的应用提供了很大的潜力。
在铁基超导材料的超导性质方面，研究者们还发现了一些其他有趣的现象。
例如，铁基超导材料中存在着不同的超导缺失现象，如自旋极化超导态和非常态。
这些现象的出现使得研究者们对铁基超导材料的超导性质有了更深入的认识。
此外，铁基超导材料的超导性质还受到磁场的影响。
在强磁场的作用下，铁基超导材料的超导转变温度会发生变化。
这为人们进一步研究铁基超导材料的超导性质提供了线索。
总结起来，铁基超导材料的磁性和超导性质是其独特之处。
铁基超导材料在低温下具有顺磁性，这使得其与传统超导材料有所差异。
铁基超导体的物性研究及其新进展
铁基超导体的物性研究及其新进展摘要：铁基超导体是继铜氧化合物高温超导体之后又被发现的一类新型高温超导材料。
本文通过解释超导现象引入，并介绍了铁基超导体的应用、结构体系、制备方法以及一些铁基超导体材料研究的新进展，最后展望了这种新超导体的应用前景。
关键词：铁基超导体铁基超导体的应用铁基超导体的结构铁基超导体的制备1、引言超导是一种宏观量子现象，费米面上动量相反的电子配成对，同时建立长程的位相相干进而发生凝聚，其结果是超导体在临界温度下电阻的消失（零电阻）和对磁力线的排斥（完全抗磁性）。
在正常金属中，电子在一个充满各种振动的背景中运动。
最普通的是晶格的振动。
晶格的振动模可以被一种称为“声子”的元激发进行描述。
电子和声子碰撞后损失了动能进而导致能量的损耗，这也就是正常金属在有限温度下电阻的来源。
然而在零温极限下所有的振动模式都停止了（不计量子涨落），所以一个干净的系统中能量的损耗和电阻率都是为零的。
对于一个超导体而言，费米面上的电子两两吸引形成束缚对，这种束缚的电子对被称为库珀对，库珀对服从玻色统计，在临界温度（tc）下发生凝聚，这种凝聚态具有很长的相干长度，因而对晶格振动导致的局域散射不敏感，所以输送上并不损耗能量，电阻率可以在较高温度（tc以下）保持为零。
与此同时，ⅱ类超导体具有在很高的磁场下承载巨大电流密度的优越性能，人们因此对高临界温度的新超导体充满了期望。
2、铁基超导体的应用2.1 超导磁悬浮列车随着国民经济的发展，社会对交通运输的要求越来越高，因而需要有时速达数百公里的快列车。
磁悬浮列车具有高速（≥500km ／h）、安全、噪音低等优点，是未来理想的交通工具。
磁悬浮列车是利用磁悬浮作用使车轮与地面脱离接触悬浮于轨道之上，并利用直线电机推动列车运动的一种新型交通工具。
超导磁悬浮列车设想是美国与1966年首先提出的。
具体方案是在轨道上安装一系列电机电枢绕组，这些绕组从电网获得电能并与车体内超导磁产生的磁场相互作用，并产生推力推动列车前进。
铁基超导现象解析
铁基超导现象解析铁基超导材料是指以铁元素为主要成分的超导材料，具有高温超导特性。
铁基超导材料的发现开启了超导领域的新篇章，引起了科学界的广泛关注。
本文将对铁基超导现象进行解析，探讨其特性、机制以及在科学研究和应用领域的潜在意义。
一、铁基超导的发现历程铁基超导材料的发现可以追溯到2008年，当时由中国科学家高锟领导的研究团队在LaFeAsO化合物中首次观测到了铁基超导现象。
这一突破性发现引起了全球科学界的震动，铁基超导材料因此成为超导研究的热点领域之一。
随后，科学家们陆续发现了多种铁基超导材料，如BaFe2As2、FeSe等，丰富了铁基超导材料的家族。
二、铁基超导的特性铁基超导材料具有许多独特的特性，使其在超导领域备受关注。
首先，铁基超导材料的超导转变温度相对较高，一般在20K以上，甚至可达到50K以上，这与传统的低温超导材料相比具有明显优势。
其次，铁基超导材料的结构复杂多样，包含多种铁基层间的相互作用，这为研究人员提供了丰富的研究对象。
此外，铁基超导材料还表现出多种不同的超导相，如s波、d波等，这为深入理解超导机制提供了新的视角。
三、铁基超导的机制探讨铁基超导的机制至今仍然是一个备受争议的问题，科学家们提出了多种理论模型来解释铁基超导的产生机制。
其中，费米液体理论、自旋波理论、多铁性理论等被广泛应用于铁基超导的研究中。
费米液体理论认为，铁基超导的产生与费米面附近的电子相互作用有关；自旋波理论则强调了自旋波激发在铁基超导中的重要性；多铁性理论则认为，铁基超导材料中的多铁性结构对超导性质的产生起到了关键作用。
这些理论模型为解析铁基超导现象提供了重要的参考。
四、铁基超导的应用前景铁基超导材料由于其高温超导特性和丰富的物理性质，在能源、电子学、磁学等领域具有广阔的应用前景。
在能源领域，铁基超导材料可用于制造高效率的超导电缆、超导磁体等设备，提高能源传输效率；在电子学领域，铁基超导材料可用于制造超导量子比特、超导电子器件等，推动量子计算和信息技术的发展；在磁学领域，铁基超导材料的磁性特性也备受关注，有望应用于磁存储、磁传感器等领域。
fese超导转变温度
fese超导转变温度
费洛伦特超导转变温度（FeSe超导转变温度）是指铁基超导体FeSe在一定条件下发生超导转变的临界温度。
FeSe是一种铁基超导体，铁基超导体是一类在高温下表现出超导性的材料。
FeSe的超导
转变温度随着外界条件的改变而变化，这些条件包括压力、合金化、掺杂等。
在常规大气压下，FeSe的超导转变温度较低，约为8K。
然而，通过施加高压或者进行掺杂等方法，可以显著提高FeSe的超导
转变温度。
从物理角度来看，FeSe的超导转变温度与其电子结构、费米面
形状、电子-声子相互作用等因素密切相关。
研究表明，FeSe的超
导性与其晶格结构的变化有关，通过改变晶格结构，可以调控FeSe
的超导转变温度。
此外，FeSe的超导性质还受到外界磁场的影响，
磁场可以抑制或促进FeSe的超导转变，这也是研究人员关注的一个
重要方面。
除了基础物理研究，FeSe的超导转变温度对于实际应用也具有
重要意义。
通过提高FeSe的超导转变温度，可以拓展其在超导电子
器件、超导电磁体等领域的应用。
因此，研究FeSe超导转变温度的
影响因素以及提高其转变温度的方法具有重要的科学意义和潜在的
应用前景。
总的来说，FeSe超导转变温度是一个复杂而又具有重要意义的研究课题，涉及到多个方面的物理机制和潜在应用价值。
对于FeSe 超导转变温度的研究，将有助于深化对铁基超导体的理解，并推动超导材料在能源、电子学等领域的应用。
超导材料的晶体结构与超导性能关联性分析
超导材料的晶体结构与超导性能关联性分析引言超导材料是一种在低温下电阻为零的材料，具有巨大的应用潜力。
在过去几十年里，科学家们一直致力于研究超导材料的晶体结构与超导性能之间的关联性。
本文将探讨超导材料的晶体结构如何影响其超导性能，并分析不同结构对超导性能的影响。
超导材料的晶体结构超导材料的晶体结构对其超导性能起着至关重要的作用。
超导性是由于电子在材料中形成了库珀对，库珀对是由两个自旋相反的电子组成的。
晶体结构中的晶格参数和晶格畸变会影响电子之间的相互作用和运动，从而影响库珀对的形成和超导性能。
一种常见的超导材料是铜氧化物（cuprate）超导体。
铜氧化物超导体的晶体结构是层状的，其中铜氧层和铜氧层之间夹有其他原子层。
这种层状结构使得电子在材料中的运动受到限制，从而增强了库珀对的形成和超导性能。
另一种常见的超导材料是铁基超导体。
铁基超导体的晶体结构是由铁和其他元素组成的复杂结构。
铁基超导体的晶体结构中存在着多种不同的铁氧层和其他原子层的排列方式。
这种复杂的晶体结构使得铁基超导体具有不同的超导性能，不同的晶体结构对超导性能的影响尚不完全清楚。
晶体结构对超导性能的影响晶体结构对超导性能的影响可以从几个方面进行分析。
首先，晶体结构的对称性对超导性能起着重要作用。
具有高对称性的晶体结构可以提供更多的自由度，从而增强了电子之间的相互作用和运动，促进了库珀对的形成和超导性能的提高。
其次，晶体结构的晶格参数对超导性能也有影响。
晶格参数的改变会导致晶格畸变，从而改变电子之间的相互作用和运动。
一些研究表明，通过调节晶格参数可以调控超导材料的超导转变温度和临界电流密度。
此外，晶体结构中的缺陷和杂质也会对超导性能产生影响。
缺陷和杂质可以引入额外的电荷载流子或改变晶格畸变，从而影响库珀对的形成和超导性能。
结论超导材料的晶体结构与超导性能之间存在着密切的关联性。
晶体结构的对称性、晶格参数和晶体结构中的缺陷和杂质都会对超导性能产生影响。
最高超导转变温度
最高超导转变温度引言超导材料是一种在低温下具有零电阻和完全磁场排斥的特殊材料。
超导材料的关键性能之一是其转变温度，即超导转变从正常态到超导态的临界温度。
过去几十年来，科学家们一直在努力寻找更高的超导转变温度，以实现更广泛的应用。
本文将探讨最高超导转变温度的研究进展和可能的应用。
二级标题一：已知的超导材料的转变温度三级标题一：铜氧化物超导体铜氧化物超导体是目前已知的最高转变温度的超导材料。
最早的铜氧化物超导体是在1986年发现的，其转变温度为35K。
随着研究的深入，科学家们成功地合成了一系列具有更高转变温度的铜氧化物超导体，最高超导转变温度达到了135K。
三级标题二：铁基超导体铁基超导体是另一类具有较高转变温度的超导材料。
它们的转变温度范围广泛，从20K到55K不等。
铁基超导体的研究相对较新，但已经取得了一些重要的突破。
三级标题三：镧系铜氧化物超导体镧系铜氧化物超导体是一类相对较早被发现的超导材料。
它们的转变温度通常在30K左右，但也有一些例外。
二级标题二：提高超导转变温度的挑战三级标题一：结构优化超导材料的结构对其转变温度有重要影响。
科学家们通过调整晶格结构、掺杂和合金化等方法来优化超导材料的结构，以提高其转变温度。
三级标题二：电子对耦合超导转变是由电子之间的配对行为驱动的。
科学家们研究了电子之间的相互作用，以寻找更有效的电子对耦合机制，从而提高超导转变温度。
三级标题三：外部压力外部压力可以改变超导材料的晶格结构和电子结构，从而影响其超导转变温度。
科学家们通过施加高压来提高超导材料的转变温度。
三级标题四：晶格匹配晶格匹配是指超导材料的晶格结构与其周围环境的匹配程度。
科学家们研究了晶格匹配对超导转变温度的影响，并探索了如何通过调整晶格参数来提高超导转变温度。
二级标题三：应用前景三级标题一：能源传输超导材料的零电阻特性使其成为能源传输的理想候选。
更高的超导转变温度将减少制冷需求，降低能源传输系统的成本和能耗。
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铁基超导超导是物理世界中最奇妙的现象之一。
正常情况下，电子在金属中运动时，会因为金属晶格的不完整性（如缺陷或杂质等）而发生弹跳损耗能量，即有电阻。
而超导状态下，电子能毫无羁绊地前行。
这是因为当低于某个特定温度时，电子即成对，这时金属要想阻碍电子运动，就需要先拆散电子对，而低于某个温度时，能量就会不足以拆散电子对，因此电子对就能流畅运动。
传统的解释常规超导体的超导电性的微观理论预言，超导体的最高温度不会超过麦克米兰极限的39K。
在以往的研究中，只有1987年发现的铜氧化合物超导体打破了这一极限，被称为高温超导体。
最近，在铁基磷族化合物中发现的超导电性其超导临界温度可达55K，同样突破了传统理论预言的麦克米兰极限。
这是第一个非铜基的高温超导体，掀起了高温超导研究的又一次热潮。
铁基超导的研究进入了一个空前发展的阶段，各国都在进行这一新材料的研究，铁基超导体薄膜研究进展与铁基超导体大同位素效应就是其中的热点。
从2008年新的铁基高温超导体发现以来，铁基超导薄膜的研究进展相对缓慢。
这是因为较难精确控制人们所需要的亚稳相中的多元素配比、以及多种热力学相之间的互相竞争。
由于元素配比和不同热力学相竞争所导致的较少量的杂质，在块状材料的合成中有时可以接受，但对低维的薄膜材料却不能允许。
迄今已发现四种主要晶体结构的铁基超导体，包括含砷或磷（chalcogens）的1111相、122相、111相，以及含氧硫族元素（pnictogens）的11相。
它们都具有超导的Fe-X （X为As、P、Se、S或Te等）层，且前三类超导体中这些层由La-O等隔离层隔开，而超导的11相FeSe、Fe(Se,Te)只有Fe-X层，晶体结构最简单。
目前人们只得到了11相的单相、外延、超导薄膜。
而对含砷的铁基超导体而言，经过近两年的探索，仍未能得到单相的超导薄膜。
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)超导实验室的曹立新副研究员带领博士生韩烨、李位勇，与相关科研人员合作，在国际上率先制备出单相的外延FeSe超导薄膜（第十届全国超导薄膜和超导电子器件学术研讨会，大连，2008年10月11日-15日），率先发表文章（Journal of Physics: Condensed Matter 21, 235702, 2009），并申请了国家专利。
此后，他们又系统研究了FeSe 、Fe(Se,Te)以及FeTe薄膜，他们发现FeTe 母体在薄膜状态下超导，转变温度13 K，接近Fe(Se,Te)固溶体所能达到的最高值，远高于FeSe薄膜的超导转变温度。
而到目前为止，FeTe块材在常压和高压状态下都没有发现超导。
人们普遍认为铁基超导电性与自旋密度波密切相关，实验发现高压下自旋涨落在FeSe中明显增强而且超导转变温度提高到37 K；同时，理论计算表明FeTe比FeSe有更强的自旋涨落并可能有更高的超导转变温度。
但是实验上FeTe并没有在高压下观察到预期的现象。
曹立新等人注意到，在超导的FeTe薄膜中，晶格在生长平面内不是被压缩，而是被拉伸，类似于一种“负压力效应”。
同时他们发现，在非超导的FeTe块材中70 K左右出现的结构和自旋涨落的一级相变，在超导薄膜中被明显弱化。
图1 在4种不同基片上沉积生长的FeTe超导薄膜的X射线衍射图谱，32个薄膜的c-轴晶格常数，以及薄膜中Fe-Te-Fe键角的变化情况。
可以看出，超导的FeTe薄膜表现出较小的c-轴和较大的a-轴晶格常数以及显著增大的Fe-Te-Fe键角。
而从事另一项研究陈仙辉小组，通过氧和铁同位素交换，研究铁基超导体钐氧氟铁砷化合物和钡钾铁砷化和物中超导临界温度和自旋密度波转变温度的变化，发现氧同位素效应非常小，但是铁同位素效应非常大。
令人惊奇的是，该体系铁同位素交换对超导和自旋密度波转变具有相同的效应。
这表明在该体系中，电-声子相互作用对超导机制起到了一定的作用，但并不是简单的电-声子相互作用机理，其中自旋与声子的耦合也很强。
国际上对铜氧化合物高温超导体研究已表明，超导临界温度的同位素效应随掺杂非常敏感，在最佳掺杂，同位素效应几乎消失，而在磁性涨落很强的欠掺杂区，随着降低掺杂逐渐增大并在超导与反铁磁态的边界上达到最大值。
这表明在铜氧高温超导体中，同位素效应与磁性涨落也有着密切联系。
这种反常的同位素效应表明，电-声子相互作用在铜氧化合物中也同样很强。
陈仙辉小组的上述发现表明，探寻晶格与自旋自由度之间的相互作用对理解普适的高温超导电性机理是非常重要的；铁基高温超导体同位素效应可能具有和铜氧高温超导体同位素效应类似的物理起源，这为普适的高温超导机理研究开辟了新的思路。
由于同位素交换实验是十分精细的实验，需要对实验样品有非常严格的控制，因而实验难度非常大。
《自然》杂志审稿人对陈仙辉小组的同位素实验给予了高度肯定，指出：“实验结果十分精确，表明在两种材料有大的铁同位素效应”，并认为该结果的意义非常重大。
陈仙辉课题组通过氧和铁同位素交换，研究SmFeAsO1-xFx 和Ba1-xKxFe2As2两个体系中超导临界温度(Tc)和自旋密度波转变温度(TSDW)的变化，发现Tc 的氧同位素效应非常小，但是铁同位素效应非常大。
令人惊奇的是，该体系铁同位素交换对Tc和TSDW具有相同的效应。
这表明在该体系中，电-声子相互作用对超导机制起到了一定的作用，但是并不是简单的电-声子相互作用机理，可能还存在自旋与声子的耦合。
铁基超导体中，Tc以及SDW的铁同位素效应都要大于氧的同位素效应。
这可能是由于铁砷面是导电面，因而其对超导电性有很大的影响，并且自旋密度波有序也是来自于铁的磁矩。
在铜氧化合物高温超导体中，超导临界温度的同位素效应随掺杂非常敏感。
在最佳掺杂，同位素效应几乎消失，而随着降低掺杂逐级增大并在超导与反铁磁态的边界上达到最大值。
这表明在铜氧高温超导体中同位素效应与磁性涨落也有着密切联系。
这种反常的同位素效应表明电-声子相互作用在铜氧化合物中也同样非常重要。
因而，陈仙辉教授的发现表明，探寻晶格与自旋自由度之间的相互作用对理解高温超导电性机理是非常重要的。
而我国在其他方面对于铁基超导有了更深层次的研究。
中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)T03组的方忠研究员、戴希研究员在Gutzwiller密度泛函理论研究及其在铁基超导体中的应用取得进展。
密度泛函理论（DFT）在凝聚态物理和材料科学领域取得了巨大的成功，使得材料设计逐步成为可能。
基于这种理论，利用局域密度近似(LDA )和广义梯度近似(GGA)的第一性原理计算方法得到了很好的发展，并且成功地解释和预言一大批材料，如简单金属和能带绝缘体。
然而LDA和GGA对于凝聚态物理中另一大类重要的材料，如铜氧化物、锰氧化物、镧系元素、锕系元素和重费米子体系等强关联体系往往是失效的。
这是因为，在关联很强的时候电子更多的表现局域性，它的运动状态更接近于孤立原子中的原子轨道状态。
这些状态，即轨道依赖的原子构型(atomic configuration)，在决定体系的物理性质时有重要作用。
LDA和GGA 失效的原因就是在于其没有包含这些轨道相关的信息。
过去二十年中，理论物理学家和计算物理学家为了克服DFT的这种缺陷不断努力；很多新方法，如LDA+U 方法，LDA结合自相互作用修正方法，LDA+DMFT(动力学平均场理论)方法等先后被提出来。
这些方法为定量地研究强关联材料提供了有效的手段，在很多方面取得成功。
但是，至今为止并没有一个能够兼顾效率和准确性的方法，使得关联电子材料的设计成为瓶颈。
回顾对于强关联体系的理论研究，值得注意的有Gutzwiller变分方法(GVA)。
该方法对于处理很多重要物理现象的基态性质非常有效，如Mott相变，铁磁性和超导性等。
在该方法中，一个基于单电子波函数的多体试探波函数（称之为Gutzwiller变分波函数），被用来描述体系的电子运动。
在该波函数中，各原子构型的权重根据变分参数决定，具有较高能量的原子构型其权重将被降低。
通过这种方式，巡游性和局域性自动通过同一个波函数描述。
因此，GVA给出了从弱关联体系到强关联体系的统一描述，使得其可以抓住关联系统中的一个重要物理本质——巡游性和局域性之间的竞争。
基于该近似，各种不同哈密顿量的具体处理方法被发展出来。
大量研究结果也证明了用GVA方法处理关联电子体系的可靠性和可行性。
方忠研究员、戴希研究员及其合作者从2008年开始将GVA和密度泛函理论结合，提出了LDA+Gutzwiller方法，并将其成功包含于具有自主知识产权的第一性原理程序包BSTATE中。
LDA+Gutzwiller方法是一个完全的变分方法，电子密度完全自洽在该方法中很容易实现，这使得他们能得到可信度高的基态总能量和其他基态性质，适用于实际关联体系的研究。
LDA+Gutzwiller方法解决了LDA方法不能很好处理强关联体系的问题，同时对弱关联体系的处理可以回到LDA的结果。
在处理具有长程序的强关联绝缘体时，该方法和LDA+U方法是一致的，而对于中等关联强度的体系，它远远优于LDA+U方法，可以很好地用于各种关联金属体系中。
此外，GVA对于处理关联模型基态能量的描述精度和DMFT方法接近，这使得LDA+Gutzwillr方法的能量精度可以和LDA+DMFT方法比拟。
同时，由于该方法是完全的变分方法，比LDA+DMFT方法简单，计算速度更快，可以用于LDA+DMFT很难处理的复杂体系中。
关于该方法的发展及理论基础工作已经发表在Europhys. Lett. 83，37008 （2008）和Phys. Rev. B 79，075114（2009）上，作为强关联计算方法领域的重要进展，得到了国际同行的广泛关注和认可，并多次应邀在国际会议上做邀请报告，其中包括将要举行的2010年Psi-K会议（该会议是计算凝聚态物理领域的最重要的大型国际会议之一，每5年举办一次）。
此后，方忠研究员、戴希研究员和王广涛博士将Gutxwiller 密度泛函方法应用到NaxCoO2的系统研究上，解决了这一体系中第一性原理计算（DFT）和角分辨光电子谱（ARPES）关于电子结构的争论。
他们发现： NaxCoO2（0.0<x<1.0）的整个掺杂区域可分为三个：（1）对于x>0.6的区域，由于费米能级附近的范霍夫奇点引起的Stoner磁性金属态；（2）在0.3<x<0.6区域，体系是弱关联效应的非磁性金属，同时eg能带的空穴型费米面不存在，能带的宽度大约是LDA结果的一半，这点与ARPES结果非常吻合；（3）在0.3<x区域，eg能带的空穴型费米面开始出现，关联效应迅速增强。
总之，在整个掺杂区域计算的准粒子性质与实验结果非常一致。