同步辐射X射线吸收谱在新型铁基超导体中的应用

高温超导是指材料在某个相对较高的临界温度，电阻突降至零。1986年，科学家发现了第一种高温超导材料——镧钡铜氧化物。然而直至今日，对于铜基超导材料的高温超导机制，物理学界仍未形成一致看法，这也使得高温超导成为当今凝聚态物理学中最大的谜团之一。因此很多科学家都希望在铜基超导材料以外再找到新的高温超导材料，从而能够使高温超导机制更加明朗。毫无疑问，2008年铁基超导材料的发现为高温超导研究和量子凝聚物理带来了巨大的刺激和振奋，新的材料被寄予厚望能帮助我们理解高温超导性的深层机制。

中国科学技术大学国家同步辐射实验室的吴自玉研究组对典型的122型铁基超导Ba1-xKxFe2As2材料的局域晶格和电子结构进行了深入的研究，相关的研究成果发表在2010年11月的《Journal of Synchrotron Radiation》上。

图1.Ba1-xKxFe2As2体系As边和Fe边EXAFS的傅里叶变换谱；以及Fe-Fe键Debye-Waller因子随温度的变化谱。

图2．样品Ba1-xK_xFe2As2 (x = 0, 0.2, 0.4, 0.5)归一化的Fe K-边(a)和As K-边(b) XANES 谱。

通过测量Fe和As K边的X射线吸收谱，该成果研究了Ba1-xK_xFe2As2样品K掺杂对体系晶格动力学和电子结构的影响。EXAFS数据表明K的掺杂会精细的调节其局域结构，随着K掺杂浓度的增大，铁层的无序度增加，但是Fe-As键是刚性的。增加的无序度和K掺杂后Fe-Fe的键的软化是密切相关的，这点和F掺杂LaOFeAs后Fe-Fe相互作用增强的研究恰好相反。关于铜氧化物超导体中，无序对其超导性和Tc的研究也多不胜数，所以总的来说，无序对这些层状超导体的特性的影响是不可忽略的。在电子方面，K掺杂后， Ba1-xK_xFe2As2体系中空穴载流子是具有Fe-3d/As-4p特性的，这点和F掺杂LaOFeAs不同，但是和高Tc铜氧化物超导体中其载流子的强Cu-d/O-p特征相同。

该研究成果具有非常重要的意义：第一，为铁基超导体中Fe-Fe键的软化提供了最直接的实验论证，这对以后铁基超导体的其他基本特性的研究是有巨大帮助的。第二，和铜氧化物超导体相比，论证了无序同样也对铁基超导体具有很重要的作用。第三，全文对铁基超导体的研究一直在和铜氧化物做比较，有利于揭示这两个主流高温超导体的机制异同点。