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1、中国科学技术大学高温超导物理研究新进展 摘 要在技术大学（以下简称中国科大）建校50周年之际，文章作者对近年来中国科大在高温超导物理方面的最新研究进展情况作一介绍，包括新型高温超导材料探索研究和高温超导机理实验研究.在新型高温超导材料探索研究方面，文章作者首次发现了除高温超导铜基化合物以外第一个超导温度突破麦克米兰极限（39 K）的非铜基超导体铁基砷化物SmO1-xFxFeAs，该类材料的最高超导转变温度可达到55K；中国科大还成功地制备出大量高质量的超导化合物单晶，包括Nd2-xCexCuO4,NaxCoO2,CuxTiSe2等.在高温超导机理实验研究方面，中
2、国科大系统地研究了SmO1-xFxFeAs体系的电输运性质给出了该体系的相图；发现了在电子型高温超导体中存在反常的热滞现象和电荷-自旋强烈耦合作用；在NaxCoO2体系中也开展了系列的工作，并且首次明确了电荷有序态中小自旋的磁结构问题；此外，还系统地研究了CuxTiSe2体系中电荷密度波与超导的相互关系. 关键词:高温超导,铁基砷化物,自旋-电荷耦合,电荷有序,电荷密度波 High|Tc superconductivity research in the University of Science and
3、;Technology of China CHEN Xian|Hui (Hefei National Laboratory for Physical Sciences at Microscale and Department of Physics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026,
4、 China) AbstractTo celebrate the 50th anniversary of the founding of the University of Science and Technology of China, a brief review is presented of recent research on&
5、nbsp;high|Tc superconductivity there. The search for new high|Tc materials and experimental research on the mechanism of high|Tc superconductivity led to our discovery of the Fe|ba
6、sed arsenide superconductorSmO1-xFxFeAs, which is the first non|copper|oxide superconductor with a transition temperature beyond the McMillan limit (39 K), while the highest transition
7、temperature in this system can reach 55 K. A variety of superconducting single crystals including Nd2-xCexCuO4, NaxCoO2 and CuxTiSe2 have been successfully grown. To understand&nbs
8、p;the mechanism of high|Tc superconductivity we have systematically studied the electronic transport of the SmO1-xFxFeAs system and proposed a corresponding electronic phase diagram. Ab
9、normal thermal hysteresis and spin|charge coupling have been found in electron|type high|Tc superconductors. In the NaxCoO2 system the magnetic structure of the small magnetic mome
10、nt in the charge ordered state has been clarified. The relationship between charge density waves and superconductivity in the CuxTiSe2 system has also been studied. Keywordshigh|Tc
11、 superconductivity, Fe|based arsenide, spin|charge coupling, charge ordering, charge density wave 1 引言 上世纪80年代末，高温超导铜氧化合物的发现引发了全球研究高温超导的热潮.至今，高温超导的研究已经有22年的，在20多年的广泛研究中,人们积累了大量的实验数据和理论方法.到目前为止，虽然已经有许多很好的理论模型，但是高温超导机理问题仍然没有完全解决，许多实验的结果还存在争议. 铜氧化物
12、的奇特物理源自于电子的强关联效应，而且人们发现这种强关联效应是普遍存在于物质之中的，尤其是在d电子和f电子化合物中最常见.高温超导的研究也不再局限于认识高温超导电性本身，而是要理解强关联效应背后所有的物理现象以及如何建立研究强关联体系的范式.因而强关联体系中的超导现象也就成为高温超导的研究范围，并且吸引了人们极大的兴趣.我们的工作的重点就是围绕新的高温超导材料以及强关联超导材料开展的. 这里我们将分为两个方面来介绍我们的工作进展，即新型高温超导材料探索和高温超导机理实验研究. 2 研究工作的进展情况 2.1 新型高温超导材料探索 2.1.1 新高温超导体的发现 1
13、986年，IBM研究实验室的德国物家柏诺兹与瑞士物理学家缪勒在层状铜氧化合物体系中发现了高于40K的临界转变温度1，随后该体系的临界温度不断提高，最终达到了163K（高压下）2.该发现掀起了全球范围的超导研究热潮并且对经典的“BCS”理论也提出了挑战.德国物理学家柏诺兹与瑞士物理学家缪勒也因为他们的发现获得了1987年的诺贝尔物理学奖.自从层状铜氧化合物高温超导体发现以来，人们一直都在致力于寻找更高临界温度的新超导体.然而到目前为止，临界温度高于40K的超导体只有铜氧化合物超导体.在非铜氧化合物超导体中，临界温度最高的就是39K的MgB2超导体3.但是该超导体的临界温度非常接近“BCS”理论所
14、预言的理论值4.因此，寻找一个临界温度高于40K的非铜氧化合物超导体对于理解普适的高温超导电性是非常重要的，尤其是高温超导的机理到目前还没有得到类似于“BCS”一样完美的理论.在我们最近的研究中，我们在具有ZrCuSiAs结构的钐砷氧化物SmFeAsO1-xFx中发现了体超导电性5.我们的电阻率和磁化率测量表明，该体系的超导临界温度达到了43K.该材料是目前为止第一个临界温度超过40K的非铜氧化合物超导体.高于40K的临界转变温度也有力地说明了该体系是一个非传统的高温超导体.该发现势必会对我们认识高温超导现象带来新的契机.2.1.2 超导单晶的制备 在高温超导的研究当中，
15、单晶是获得本征信息的关键，重要的实验结果以及进展往往都是在单晶的基础上完成的，因而开展单晶的制备工作是高温超导机理研究的基础.多年来我们一直致力于高温超导单晶以及新超导体单晶的工作，并取得很好的成绩. 我们主要是利用传统的自助熔剂坩埚法、气相输运沉积法和光学浮区法等方法，成功地制备了电子型超导体Nd2-xCexCuO4, Pr2-x-yLayCexCuO4 ，空穴型超导体La2-x-yNdySrxCuO4 以及新超导材料NaxCoO2 和CuxTiSe2等其他强关联材料.这些材料的成功获得，为我们进一步开展深入的研究打下了坚实的基础. 2.2 高温超导机理实验研究 2.2.1 SmO1-xFxFeAs体系的电子相图研究 最近，由于在铁基LaO1-xFxFeAs (x=0.050.12)化合物中发现有26K的超导电性6，层状的ZrCuSiAs型结构的LnOMPn (Ln = La, Pr, Ce, Sm; M = Fe, Co, Ni, Ru；Pn = P，As)化合物引起了科学家很大的兴趣和关注7,8.今年3月，该类材料的超导临界温度在SmO1-xF
