铁基材料的高温超导

ReviewArticle(NaturePhysics)，publishedonline：29August2010丨DOL:10.1038/NPHYS1759PB08204069周烨前言层状铁基材料中超导性的发现，以及其超导相变攀升至高达55K的温度，在过去的2年中已经引起了广泛的研究探讨的热潮。虽然对于Cooper对的状态在这些体系中不寻常的性质是有着总体上的共识的，但几个核心问题依然存在——包括磁性在超导体中所扮演的角色，化学属性和结构调谐，以及导致的成对对称性——并且总体性质的深入研究仍在继续。这里我们关注的是铁基超导材料的研究进展，其至今为止主要的实验的基点和一些有待给出一个定论的问题的解决。2008年2月，HideoHosono和他的同事报导了26K下氟掺杂化合物LaFeAsO超导性的发现，从此标志着世界范围内致力于新一系列的超导体的研究。虽然在2008年3月在新奥尔良召开的ASP会议上有关于50K以上的超导体发现的传闻，但但是中国和日本的研究者都在忙于提升该领域到其如今所拥有的水平：通过施加压力将LaFeAs(O,F)的超导相变温度提高到43K,然后又用其他一些稀土元素取代La从而又将其Tc提高到55K。一直以来，超导性和磁性素有的抗逆关系一直使得研究者们避免对磁性元素的使用——尤其是铁磁性元素——来作为可能的新型超导材料的构建基础。由于Fe元素是强铁磁性的，因此具有高Tc值的铁基超导材料的发现是完全没有被预期到的。事实上，我们对于超导性来源的最基本的理解是有待进一步深化和提高的，因此这也为新型材料的研究开辟了一条新的路径。这篇评论对于近期一些实验成果作了一个综述更新，并对该领域的发展进行了展望。我们的目的是聚焦重要实验观测和理论观点，以期在铁基超导理解上的共识。几个系列的铁基超导体的一些基本行为是相似的，所以该评论会在涵盖同性的同时关注具有ThCr2Si2结构的一系列合金铁基超导体中与其它结构体系具有明显差异的一些性质。晶体结构与调谐参量至今为止，有5种构型的铁基超导体系已经被确定。所有的这些结构(如图一中所示)，均由N族(P,As)或S族(S,Se,Te)阴离子与铁原子进行四面体配位的形式共同连结形成层状堆叠，而这些层与层之间以碱金属，碱土金属或稀土元素和氧/氟断流层来予以分隔开。现在广泛认同的导致高温超导性的观点是这种高温超导相变温度来源于这些Fe原子层内，而这是与平常的具有高超导相变温度Tc的铜氧化物超导体中铜-氧堆砌层的性质是相类似的。就像在铜-氧化合物中，化学取代对铁基化合物中超导相的诱导具有至关重要的作用。然而3个重要的不同被发现：(1)与铜氧超导体中的平面铜-氧结构不同，铁基超导体中的氮/氧族阴离子是处于铁原子层平面的上方和下方的；(2)发生取代及在活跃成对层进行直接掺杂的能力不同；(3)原体化合物中金属多重能带的特性。正是由于这些特性，以及二者之间相似的磁性-超导相互作用，标志着铁基超导和铜氧超导既是有着明显界限，却又紧密相关的超导体系。铁基超导物质的相图事实上是与其他一些非常规超导材料的相图是极为相似的，包括铜氧超导体，有机超导体和重费米子超导体体系，而这些材料都被认为具有不寻常的成对机理。虽然这些体系中成对的介导还没有确切的定论，大量的相关佐证都指向磁自旋涨落：在最佳的本体相中超导性出现之前，磁性就被压力或掺杂所抑制了。

图（a图（a）铁基超导体系五种已知的具有超导性能的四角形机构。这种结构的关键构成为一个类似于二维的层面。层面中包括了四角形配位的Fe原子（红色），它与Se，As，Te等堆砌在Fe方格平面的上层和下层的阴离子相卸连，形成一种棋盘格的形式（如右图所示）从而空间上使晶胞的体积得以加倍。这些层板或者紧密的堆积在一起，就如在（a）图中的FeSe;或者被碱金属（如Li）,碱土金属（如Ba）,稀土氧化/氟化（如LaO或SrF）或更复杂的钙钛矿型复合物（如Sr3Sc2O）形成的隔层分隔开来。这些所谓的堆砌层在晶体中形成一个

类似二维的特性，因为它们在与FeAs层中的原子成键时具有更多离子的性质，然而FeAs层自身是由Fe-As共价键和Fe-Fe金属键相结合的。在铁基材料中，其共有的FeAs构成单元被认为是稳定超导性的至关重要的组成。因为在Fe-Fe和Fe-As间强烈的键连相互作用（即使夹层122型体系中的As-As）,FeAs4的四角几何构型在决定材料的电学和磁学性质方面起到了决定性的作用。例如，As-Fe-As的四角形键角在最大化提高超导相变温度方面有重要影响，这个最高临界温度Tc仅在其几何构型最接近于理想的~109・47。时可以达到。式。在图（b）的四方晶格中作投影式。在图（b）的四方晶格中作投影的相邻Fe在一个方向上为自旋铁磁性排列，而在另一个方向上为自旋抗铁磁性排列。这种现象在图中的四角构型的晶格中可以被表示出来，但事实上只有在这种体系经过正交畸变后才会产生（下面将介绍）。在处于正交相时，铁磁性排列的Fe原子其成一线的最邻近相同磁自旋Fe原子之间的距离与垂直方向上相比会有1％的缩短。通过利用其化学或结构的特性，采用化学掺杂/取代或是施加外压来促使抗铁磁(AFM),非超导性的原体化合物转变为超导(SC)非抗铁磁态，从而得到通常的铁基体系的相图。的元素替换碱土金属原子Ba，或是过渡金属Fe,或是N族元素As,都会产生如上的相图：由加倍的抗铁磁性和因取代而受到抑制的结构转变，以及以抗铁磁序被破坏的临界密度为中心而产生的超导相。这与已知的在氟元素掺杂的1111晶系(如LaFeAsOlF)中的行为是不同的，因为在这些晶系中1-xx抗磁相和超导相是作为掺杂的函数而完全分隔开的,并非存在互相交盖的。然而,在已经报导过的化合物SmFeAsO1-xFx1-xx中抗铁磁相和超导相的共存都被认为很可能是铁基超导体系相图中更为内在的性质,因此也激发了人们从事于122型体系更精细研究的兴趣。由取代所引起的定量的相似性,其中包括明显的(如K+取代Ba2+)和细微差异的(如Co-3d7取代

Fe-3d6）电荷掺杂，或是形式上的同价（如P-3p3取代As-4p3）,都由于它们所显示出的化学调谐参量的多样性而让研究这些相关体系的实验学者倍感兴趣。更进一步的，它促使人们认为简单的电荷掺杂不是唯一决定这些体系中相界面的因素——结构调谐也发挥着不可忽视的作用。然而，下面将要讨论的在这些材料中电子结构的差异，又使得情况与简单的结构调谐效应相比更为复杂。这个现象是从超导相对某些离子取代的特定的选择性中发现的。例如，在122型材料中的超导性可以在当被d电子构型的金属取代时稳定化（首次在由Co取代SrFe2As2和BaFe2As2时被发现）。这包括对Fe，Co,Ni一系列元素（除了Os）的选择，但却不包括Cr，Mn和Cu，因为后者在抑制物质铁磁性的同时,并不表现出对高温时超导相的稳定化作用。这其中的原因可归结为对Fe价键和磁性的不利的影响，从而也揭示了电荷掺杂和化学取代之间实质上的差异。对压力的调谐作用的理解就不是那么透彻了。有些时候这个调控参数是与化学取代相一致的对等物。例如，Ba1-xKxBa1-xKxFe2As在加压或是采用K进行化学取代时，其晶胞参数的多样性会发生交盖，这就使得电荷掺杂会对化学结构间产生影响。相对的，在对BaFe2As2的压力实验中，不同的实验条件与完全的流体静力学条件相比又强加了多样性，从而使得施加外压和化学取代的相图比较更为困难。

如图中所示则为5种典150-BaFe2As2型的122体系模型在采用不同实验条件下的对比研究，可见抗磁序与化学取代一样会被抑制，但5C-如图中所示则为5种典150-BaFe2As2型的122体系模型在采用不同实验条件下的对比研究，可见抗磁序与化学取代一样会被抑制，但5C-0L-OPMTDiamondanvil&isgm3ran>jilBricgmananvil匚ubicanvilZu2icanvilAppliedpressure(nDrmalzed)0却有不同的速率。而且，超导相凸顶的压力分布在每个实验中也有所不同。这可以被归结为由于122型材料可压缩性质的高度的各向异性，非流体静力学的压力条件可能会使相图的走向在不同的实验条件下发生改变。这个推测在近期的采用相同晶体但不同强度的流体静压的压力实验中得以证实。在另一个有关于压力调谐效应的极端的例子CaFe在另一个有关于压力调谐效应的极端的例子CaFe2As2中，一种相另一结构相变的不稳定性（所谓的“坍陷四边相”）施加了更为严重的对各向异性限制条件的敏感性。虽然目前还仍旧不清楚在稳定化CaFe2As2的超导性中结构所起到的作用，一些理论上的观点认为夹层中As-As键连是关键因素。这种对静力学压力的敏感性暗示着一种限制机理在起作用，或许正如同导致间断出现的20K时无掺杂，无施加外压条件下的122型原体化合物的机理。事实上，限制效应已经在对BaFe2-xCoxAs2成双区域边界的研究中被发现：边界上出现的2-xx2增强的易感性与增强的超流体密度相关。更概括的来说，铁基超导材料的一个具有代表性的特性便是其总体的相图可以在实验中被调谐，包括通过准确控制其结构参数、打乱原子位置、化学键连以及密度。这是导致人们更为迅速和深入了解这些材料的重要性质之一。在适当的时候，对实验条件加以控制——例如压力下不同掺杂（包括不同化学取代系列和对化学取代区域性质的更深入理解）引起的霍尔效应（载体密度）——将会有助于对这些体系的调谐参数的准确定位。电子结构由于磁性和电子的相互作用可能会整体的决定铁基超导体系相图的形状，因此有大量的工作被投入到对这些材料磁性和电子结构的研究。总体上说来，这些材料包括二维的由Fe的d电子态和As的p轨道杂化的能带构成的金属层，该层处于由稀土元素，氧，碱金属或碱土金属分隔层组成的类离子型框架中（参见图a）。这种序列共同形成了一种Fe在形式上为+2价的金属性材料，低载体浓度和由Fe的d态主导的高电子能态密度。在FeAs层的基本框架下，电子的能带结构已经用局部密度近似的方法计算而得，可知电子的性质是由5个处于费米能量的Fe的d态主导的，包含一个

具有至少4个类二维的电子和电洞圆柱体。这些在布里渊晶胞中包含处于布里渊区中心的2个电洞袋和坐标为（0,土n）及（土n,0）的2个电子袋。由于2个不等价的As（处于Fe方格面上方和下方）空间位置的影响，使得一个布里渊区的晶胞中包含2个Fe原子，且电子袋的坐标变为（土n，土n）。第5个电洞能带在重叠的布里渊区的坐标（0,土n）处，其出现可能对精细结构非常敏感。铁基超导材料的能带结构已由密度函数理论进行计算，发现其结果与实验测定结果吻合的很好。在费米能量EF时对电子能态密度的主要贡献是来自于Fe的d电子轨道。这些d轨道形成了跨越Ef的几个能带，包括电子型的和电洞型的，最终形成了由Fe的d态特性主导的多重能带体系。如图中（a）所示的Co掺杂的BaFe2As2，其电子结构可由布里渊区中几个明显的费米面的面层看出，每一个都对应于跨越ef的不同能带。从几次角分辨光电子能谱（ARPES）和量子振荡测量的结果来看,这种结构定性上和实验结果吻合的非常好。最初的ARPES对LaFePO,NdFeAsO09F01等化合物的研究都证实了0.90.1预言的具有1个电洞袋处于布里渊区的中心,4个电子袋处于顶角的能带结构。对P掺杂的顺磁性BaFe2As2的量子振荡实验的结果也揭示了基于这个基本结构的未重整化的费米面结构；并且对BaFe2As2，CaFe2As2，SrFe2As2前期化合物的量子振荡结果也是相符合的，因为这时要考虑到因抗铁磁序列而导致的布里渊区的重整。正如平常的情况，更细致的观察往往解释更多的性质：简单的二维模型或许并不足以捕捉到一些重要但却细微的能带特性，然而从三维方向上的考察却能为磁性质和超导性的发现带来新可能。虽然ARPES只是一种表面探针，它却可以一定程度上探测到垂直于布里渊区的k方向上的能带色散，并且这个理论也和数个关于kZ Z方向上具有强烈调制作用的报导相符合。进一步的，使用康普顿散射在对最佳掺杂的BaFe2CoAs2占据态的三维性质进2-xx2行的大量测量也与证实了这一点。尽管作为另一领域激烈讨论的话题，电子结构中的空穴/电子掺杂效应却在另一固定能带图中得以很好的呈现：费米面拓扑的基本形状在电子型(BaFe2CoAs2)和空穴型2-xx2(BaK2-xFexAs2)掺杂时被维持下来，仅费米面包的大小在这两种类型间转变时发生具有合理连续性的相应变化。再一次的，这表明了电荷掺杂不是唯一进行调谐的机理。例如，同化合价取代本来不应具有电荷掺杂效应；然而，当在BaFe2As2中用形式上同价的P取代As，或Ru取代Fe时却会导致霍尔系数的巨大改变，在后者中甚至会使其变号。更进一步的，费米面包的大小在一定程度上是关于As/P同价取代的函数，并且密度泛函理论（DFT）的计算也表明电荷掺杂主要影响的是对电子型和空穴型包的相对大小和嵌套的扰动，而非能态密度。除了同价取代以外，近期的对掺杂物离子（包括类似Co和Ni）中d电子局部性质的DFT研究表明掺杂物中多余的电子事实上在取代位置处是具有主要影响的，且可能主要是影响嵌套性质而不是改变电荷密度。但这个理论却还有待实验验证。超导性是另一个被很深入认识的现象，其最终导致的结果是一个与能带结构相关的“有序”相。超导调制因子（0P）△，或称为“间隙函数”，是一个包括振幅和相位为变量来描述Cooper对宏观量子态的复杂函数。其振幅总的说来依赖于动量方向且可以通过其相因子改变符号，但在最简单的情形下时各向同性（s-波对称性）因而对所有动量均为常数。而其他较弱的影响使情况稍有复杂化：成对势的存在使得振幅变为k的函数；以及相位的复杂化，最终导致△符号的改变，随之必然的一个结果便是呈现较低对称性并造成0值或“节点”的产生（d波，f波等等）。r5-A'S'/esr5-A'S'/es'畑诧(snisotropic)j'A'sve如上图中所示即为铁基超导体中超导调制因子OP对称性的3种可能的情况。对于最简单的s-波能隙对称（即具有常相位），已在实验证实中被广泛排除。特别的，大量证据所支持的是，△一定要在布里渊区中的某处发生变号。对于多重费米面，也就是FeAs基材料的情况下，这可以通过在费米能量之外（所谓的s土）或者直接在费米能处（d波或更低对称性）放臵节点来实现。更进一步的，能隙振幅的调制也可以发生，甚至是在S-波中 所谓的偶然节点至少会在某些费米面上出现，从而促使材料低温下的低能激发。如图中所示为FeAs基材料布里渊区的二维（kx-ky）平面投影，其多重能带被映射为单个空穴（h）和电子（e）袋。所提出的多重能带成对间隙对称性，如图中阴影部分（空穴型袋为红色，电子型袋为蓝色）所示，其中包括具有s土结构的各向同性能隙（左），电子袋上含有偶然节点的各向异性能隙（中）以及d-波对称性的能隙（右）更多内在的能带结构的改变可能依旧存在。ARPES对BaFe2CoAs2的研究预示了一种可能的Lifshitz转变:空穴袋2-xx2消失，超导性得以大幅提高。还有，能带的质变可以成为关于超导相开始发生时Co掺杂的函数，且此理论已得到实验数据的支持。铁基超导体材料的具体结构与其表面敏感电学性质间的关系式铁基超导材料的重要方面之一。不同铁基超导体中As-Fe-As层的四角形键角与临界温度Tc的经验性的关系已经于早期被发现：最佳温度Tc由最理想四角几何构型决定。这对理论和实践都具有重要的预示性作用：结构与超导性间紧密的联系，包括直接和间接的，对成对相互作用的理论理解和高温超导体的前瞻都进行了限制。虽然这种关系并非绝对的（一个典型的例外包括CsFe2As2，其As-Fe-As键角极其接近理想的109.47°，但其临界温度Tc=2.6K）,但具有最高Tc值的铁基超导体基本上仍为接近于理想四角几何构型的。磁性质铁基超导体原体中的磁性质是一个热门讨论的话题，主要归结于它成对机理的影响：电子结构表明引起抗磁性有序的磁相互作用也对超导性的产生具有成对相互作用。正如在之前的实验中所预言的，在所有FeAs基超导体系中抗磁有序性在四角形晶胞中具有沿（n,n）方向的波矢量，该方向上的实空间自旋取向包含了下层Fe格子的抗铁磁性条纹带，以及另一方向上铁磁性的条纹带（见上文中图示），其磁偶极矩小于一个Bohr磁子。但这样的磁偶极矩比金属Fe中的要小得多，从而使得第一性原理计算（当采用晶胞实参时假设了大得多的偶极矩）产生困难。早期的研究发现，经过理论计算，这些材料处于Stoner非稳定态附近，可见其内在的流动磁性质，从而暗示性的解释了对磁矩大小的一种自洽的高估。然而，这种有序排列也不符合局部的偶极‘盯山'模型(最邻近的J1和次相邻的J2交换相互作用从而使得J1<2J2)，因此很多工作也被投入到研究这样的一种定域模型对于明显金属性的体系是否是可靠的。从流动性的方面来考虑，大多数的模型都聚焦于对费米面上自旋密度波(SDW)不稳定性的研究。虽然还没有对SDW存在能量间隙的直接观测定论，但对BaFe2As2和SeFe2As2的光学研究已经对费米面在温度处于tn(反铁磁序相变温度)下时的间隙出现提供了证据。广泛被接受的导致SDW不稳定性的观点是这种不稳定性来源于造成2个费米袋嵌套的位于(n,n)处的相应于该种结构的一个强大矢量。这个矢量符合在整个FeAs基原体化合物中的进行磁性调序，以及在超导态化合物中调控磁性涨落的矢量。现在已经有各种各样极佳的证据表明在整个铁基超导家族中，在布里渊区的(n,n)处存在有费米面的嵌套，例如在对BaFe2-xCoxAs2和2-xx2Ba1-xKxFe2As2的ARPES测定和对LaFePO及过量掺杂的1-xx22BaFe2As2P的量子振荡测量中都有相应的表征。而且，与之22-xx有紧密关联的材料FeTe也展现出在同样的(n,n)方向上的嵌套，尽管它的磁性调序矢量是经过45°转向指向(n,0)处的。从定域的角度而言，磁性抵消成为另一类似的解释低磁矩的方法。虽然这些材料本质上是金属的，定域磁矩模型在描述实验结果时得到一定的应用。使用中子散射法对CaFe2As2进行实验检测，发现其磁性自旋波的激发能量〜200eV,这种低能量模型与三维海森堡定域磁矩模型相符合。一个研究中发现，当出现离子—空穴激发时，高能量处有强烈的衰减；然而另一个研究中并未发现这种衰减，但指出定域磁矩相互作用的平面内各向异性，以及在半整数磁自旋量子数模型与偶数的Fe-3d电子构型的矛盾性存在——这表明了流动组分的存在。最重要的，比较准确的说法是这些材料总体而言是“流动性”的，因为计算结果指出所有铁基能带都跨越过费米能量并且因此在形成磁性态时便包含了导电电子。但是，我们也不排除其他一些解释的使用，包括轨道有序，流动电子与定域磁矩间的共存，或是定域耦合和单电子流动的相互作用。忽略磁性有序中的准确的性质，可以明确的是磁化—结构耦合是广泛存在于铁基超导体家族中的，其导致的结果是增强的磁相转变和结构相转变。这可以大致的认为是由磁相互作用引起的。然而，这种增强转变的特殊性在于，除了在122型原体化合物中，其磁性相转变温度Tn和结构相转变温度T0偶然的相等，在1111型化合物中，磁性和结构相转变温度都是不同的：结构相转变温度事实上处于磁性相转变温度之前。在具有不同无序性（多晶，团簇，单晶）的CeFeAsO样品中对这种现象进行研究时,Tn和T0的裂分随结晶性的提高而下降（从18K到6K）。考虑到在122型化合物中，Tn和T0的裂分仅在进行了化学取代后才发生，我们非常期望得到结构变形是导致这种裂分的原因的结论。但是，更为内在的导致这种裂分的机理却不能够被排除，特别是当考虑到早期的关于先于磁相变温度Tn的Ising相变的预言。更进一步的对Ba084K016Fe2As2样品的磁性/结构和超导相变的研究表明磁0.84 0.16 2 2性和结构相变温度事实上在结晶性极为均匀时是相分离的，而这与之前的报道是相悖的。因此，这时就要看进行调谐有效维度和磁性耦极的实验能否为我们更为深刻的揭示这种裂分的原因。最后，结构畸变和磁性之间直接的耦合也在P掺杂的CeFeAsO中进行，并且中子衍射法表征了Fe的一种有序反铁磁性磁矩与斜方性之间在作为P掺杂量的函数时所具有的线性比例关系。虽然这看起来与上面讨论的强磁性结构耦合是一致的，但这个结果却因与Landau的第一序列理论（这类矢量和标量OP之间的线性相关性是被禁止的）明显的相悖而难以得到认同。这种奇怪但却广泛的耦合关系仍然是我们深入了解FeAs基材料中的磁性和结构间关系的重要所在。超导态——成对对称性正如高Tc铜-氧超导体，导致铁基超导体高温超导特性的根本原因是最有必要去探索的。在这两种超导材料中，至今为止的实验证明都倾向于一种与磁性相关的成对机理。虽然这种成对机理确切的性质在这些化合物中研究的都还不是非常清楚，但却已经做了很多对于这种成对对称性相关的实验。对于铜-氧化合物，实验表明在二维的铜-氧超导体能带结构中，存在的是一个具有超导调序参量中相位在节点处(费米面上并指向(n,n)方向)变号的单重态d-波对称性。在对铁基超导体进行的早期的实验测定中，检测到的是一种完全分隔开的调序参量(△),即其具有的是s-波对称性。将其与铜-氧超导体和其它的磁性介导的超导体相比，这是一个很令人惊讶的结果。而这就是先前实验中计算所得的结果，一个所谓的s土态，具体将在下面进行展开的讨论。测定超导相对称死那个的实验为能量和动量依赖的Cooper成对提供了重要的信息，因此对帮助解释这些新的一系列的高Tc超导体的成对机理是有重要意义的。由于FeAs家族庞大的数目以及对同一晶系化学取代的多种多样，使得我们的对比变得很复杂。然而这些对比中却有着非常好的一致性，使得多个实验中能总体的归纳出一些结论。例如，从核磁共振实验中的化学位移可以得到超导态的自选对称性可能是单重对称的，因此意味着调序参量(OP)的偶对称性(即s波，d波等等)。到目前为止，这类实验已经应用于铁基超导体家族主要的成员中，包括1111-，122-，11-型体系样品的测定，所以对FeAs基超导体系具有单重态对称性的假设是很合理的。然而，具体决定OP轨道对称性的性质就要复杂的多，并且已经成为了目前很多研究的焦点。首先，先前大量讨论的s±态与单重对称的s-波具有同样的对称性，因而使得可用于区别这二者的方法减少。其次，由于铁基超导体的多重能带性质和它们的嵌套性，各向异性的S-和d-波态总体上是简并的，使得区别基本的对称性变得困难，即使实验确定了在能隙函数中节点的存在。测定轨道对称性的实验通常测定的是OP的振幅或相位。对铜-氧超导体而言，相位测定实验对具有符号改变的d-波对称性给出了很强说服力的证据：角点连结隧道实验，多晶材料中半整数量子流的观测，以及双晶ab-平面导向薄片和c-轴Josephson效应的缺失(存在s-波超导)都被作为表明其d-波对称的证据。对于铁基超导体，至今也作了少部分的相位实验。在多晶1111体系中，超导量子扫描干涉(SQUID)实验中为未观测到半整数量子流，且在P和K-掺杂的BaFe2As2中，其c-轴上发现了明显的Josephson效应，从而排除了在所测定的K掺杂量的情况下这些材料中d-波对称的可能。但是，要将s-土态从寻常的s态中区分出来就不如d-波态那么直观了。数个用隧道/超导量子扫描的实验测定被建议，但它们都要求与单角点连结相比更难于制备的连结对称性，且至今没有相关的实验结果报道出来。后来一种新类型的相实验被报道：在研究Nb和多晶NbFeAsO0.88F°.i2的实验中半整数的量子流发生跳变。这种跳变被认为是当电流通过样品时，由少数多晶界面处的n相漂移造成的，而这仅在对称性包含具有符号改变的s土态时才会发生。但若存在d-波对称性时，则会出现很多这样的跳变，但在实验中却没有被观测到，因而d-波对称就被合理的排除了。在另一个报道对Fe(Se,Te)单晶的实验中，采用的是光谱成像扫描隧道显微镜来确定△的符号，通过测定准粒子散射强度的磁场依赖性。由于相关因子的存在，在符号改变和符号恒定对称性间的振幅是不同的。在Fe(Se,Te)中，发现能隙符号在电子和空穴袋间是发生符号反转的。同时，伴随着隧道能隙中低能准粒子激发(在d-波对称性的节点中发生)的缺失，都强烈的表明了其为s土态。总结起来，所有的这些实验结果都表明了铁基超导体中为s土态，但对更多材料的更精确的相实验仍需要进行从而给出最终的结论。中子衍射实验在铁基超导体的磁性和超导性相互作用方面的研究有很大的帮助。例如，现有的实验证据表明BaFe2-xCoxAs2的AFM和SC共存相的竞争性：当进入超导SC相时静Fe磁矩的减弱。由对这个性质的系统的研究，发现这种行为与无符号改变的s-波对称是不一致的，从而更进一步的证明了s土的能隙结构。

在铜-氧超导体，重费米的材料中通过非弹性中子散射实验所观测到的处于超导相变温度下时的磁性谐振模型是一个瞩目的性质，而最近在铁基超导体化合物中也有这种发现。这个总体看来将谐振模型能量超导能隙相联系的性质，如今已经在1111-，122-和11-型超导化合物中观察到，一定程度的暗示了OP的轨道对称性。如图中所示，几个实验中观测到的谐振与SC中观测到的谐振与SC态间都有强烈的相关性，从图中一系的关系中可以看出。-♦的关系中可以看出。-♦-□由F 拦L•BaFe^Ni^-□甩血［円丁％-☆也农阳q/列的谐振能和Tc在铁基超导体系（1111-，122-和11-型化合物）中（n,n）波矢量处测定的磁中子谐振能，作为Tc的函数点标示出来。实线为对所有数据的线性拟合，表明了谐振能与Tc的线性关系。虽然磁性谐振和超导性之间的关系还并不明确，但这种关系还是可以通过对符合谐振模型结构的材料样品进行实验来描述。在对FeSe04Te06实验中令人关注的一个发现是自0.4 0.6旋涨落和超导性之间是有着重要关联的。对于振幅感应的实验中，核磁共振是第一个通过测量温度依赖的核弛豫速率I/”在Tc下的变化来确定OP对称性的方法。测量结果中，很多表明是由〜T3关系主导的；但在节点型OP结构的BaFe2As2P中也有符合更低指数规律（〜T）,22-xx以及在经活化的Ba1-xKxFe2As2中符合更高指数规律（〜T5）例外存在。而处于中间的（〜T3）指数定律，尽管其与二维线型节点模型相一致，也可将其视为一种在用于解释无序散布的s土能隙模型中的过渡态行为：该模型下，1/T1只有在低温时才具有指数变化的行为。在接近于绝对0度时物质热导的测量技术是用于研究超导体中低能准粒子激发的最佳本体探测技术之一：基于其对成对对称性产生的强约束性。对于完全间隙型单重态能带的s-波型超导体，电子导热性对温度和磁场（H）具有极为灵敏的依赖（由于费米面的完全间隙性）：当T<<Tc和H<<Hc2（Hc2为上临界场）时，其电子导热以指数形式趋于0；而对于具有节点的超导体，由于杂质散布而诱导的剩余节点型准粒子激发则会导致T-线性的电子成分的出现。并且，由于Volovik效应而在节点激发时产生磁场的增强为Hi/2，所以此时在活化载热体时，磁场也变得更为有效。在多重能带的超导体中，特别是当其结构为s土时，对其热学性质的准确预期是困难的，因为这其中有复杂的杂质相互作用，能带内和能带间的杂质散布，但它们的热学性质已经被深入关注。几种低温热导的测量手段已被报道用于测量铁基超导体的性质，且也发现了其一系列的特性。如如图中所示为对几种Ba基122化合物在低温极限测量时的热导对磁场的依赖性的综述，其中的测量点为磁场的函数，包括T-线性组分(H=0处截距)和在T=0极限处的磁场依赖。就如图中所示，在这样的限制下的一系列化合物中，从标准的全间隙型OP到预期的节点型OP间也存在有很大不同的行为。目前，这是对OP对称性实验中最令人费解的问题之一：即使在一个控制取代的系列中，比如BaFe2CoAs2，掺杂时热载体对磁2-xx2场的增强会发生巨大的变化，进而表明了其相应结构的变化。更为吸引人的一个现象是，与Co-或Ni-掺杂的BaFe2As2相比，BaFe2(As0.67P0.32)2中明显的出现了T-线性段，标志着能隙结构中节点的产生对化学取代类型的敏感性。进一步的与最佳掺杂量Ba1-xKxFe2As2的不同，极限过量掺杂的化合物场条件下表现出对低能准粒子激发有剩余贡献（即y轴截距）的化合物以及不存在剩余贡献的。注意图（b）中在所有表现出剩余激发贡献的体系中都有着对磁场相似的依赖性，表现为紧密遵从了非传统能隙对称性中具有线状节点结构的超导体所预期的性质。然而，这个令人困惑的事实可能与所提出的s土能隙结构中OP在特定条件下出现的偶然节点的情况相一致。例如，磁化的倾向在当As层的在Fe上方的高度拉大时会变的更强，从而使得多重自旋涨落模型促成一个完全能隙的OP或者具有一个节点。成对机理，相关作用和量子临界点总的说来，磁性和超导性的相互作用强烈的表明了铁基超导体中磁性涨落与Cooper成对是直接或间接相关联的。在磁性环境下，量子临界点产生的磁性涨落可促成成对的发生，或者由一种长程磁序态压制而产生的另一种成对机理，或是一种更为复杂的有3个因素共同导致的情形——库仑排斥，自旋涨落以及热子耦合——使得高温超导在这些材料中成为可能。首先，热子单独作为成对介导的观点很容易就被否定了。从第一计算原理对电子-热子耦合的计算结果中，得出LaFeAsOF本身是一个极弱的电子-热子超导体。而作为为传统超导体中热子介导Cooper成对提供重要证据测量手段的便是同位素效应。其中的一个对SmFeAsO]F的实验中，1-xx并未发现O的同位素效应，但却在磁性和超导相的转变中发现了Fe的同位素效应，从而表明热子至少是其中的一个触发因子。然而，后续的研究中，在控制同位素取代不同体系的样品时，却没能够观测到同位素效应。因此，更进一步的研究仍有必要继续进行。铁基超导材料中的电子相关性一直是一个重要的论题，并且已对其进行了大量理论和实践上的研究。如今的实验表明，一定程度的电子相关性是存在的，但是不如在铜-氧超导材料中的明显。在铁基超导材料中，这种相关性的一个简单的指示就是：前体化合物是完全金属性的，且没有临近的绝缘性行为。然而，实验中却产生了有争议的观点。对LaFePO的光学测量显示了多体效应的重要影响，表明该种材料中是一定程度的金属相关的。对比之下，X射线吸收对BaFe2As2的实验结果表明，它们的谱图和单质金属Fe的谱图是极为相似的，那么这些材料就应该为弱相关性的（虽然对于单质Fe而言，它具有高达1000K的Tc,但它却是典型相关性的）。近期的计算表明，顺磁化态的相关性引起了磁矩的瞬间涨落,从而对实验中观察到的静磁矩的减小给出了可能的解释。最后,LaFePO可能确实比1111-和122-型铁基超导材料具有更强的相关性,因而在这种体系中能观察到不寻常的超导性。核磁共振对BaFe2-xCoxAs2的常态自旋动力学研究表明，2-xx2其均匀自旋易感性在Co掺杂量增大时会被抑制，且其超导性在接近量子临界点（自选密度波调序自旋涨落最大处）时达到最佳。自旋涨落有可能作为能带结构变化的解释，并因此最终导致材料向超导相的转变。由于超导性和磁序压制而产生的自旋涨落间的这而这间的联系，得出量子临界点对超导性具有影响的结论便是非常合理的。计算的结果实际上表明了电子定域和漂移之间的竞争关系，而这为量子临界理论的提出提供了肥沃的土壤，且前面讨论的观察的比热也提供了证据表明非费米液体型的基态。但是，实验中所得的结果却几乎没有发现它从费米液体行为的偏离，尤其是当与其它量子临界体系（如铜-氧