超导“小时代”之三十三：铜铁邻家亲( 三 ) 作为新一代高温超导家族

结构与费米面。对于大部分金属合金超导体来说，其结构普遍为立方结构(体心或面心立方)，电子浓度相对比较高。在铜氧化物中，晶体结构往往是非常典型的准二维层状结构，即Cu-O平面和其他氧化物层的堆叠构成，前者通常称为“导电层”，后者则称为“载流子库层”。顾名思义，就是 Cu-O 面负责超导电子传输导电，而其夹心部分则负责提供尽可能多的载流子。铁基超导体同样是层状结构，以Fe-As 或 Fe-Se 层 (以下简称 Fe-As层)为基本单元，导电层也主要发生在这个面。区别在于，Cu-O面往往是比较平整的 (YBa2Cu3O7-x 除外)，但是 Fe-As层同时考虑 Fe和 As的话则是起伏不平的。铜氧化物的载流子可以来自载流子库，也可以来自Cu-O面的氧空位；铁基超导体中引入载流子同样可以在 Fe-As 面内和面外实现。因为 As 原子的存在，Fe-As-Fe 这类间接相互作用也就显得重要起来。研究发现，As-Fe-As的键角对 Tc的影响非常大，似乎只有在 FeAs4为完美正四面体时才具备最高的 Tc。对应地，铜氧化物中则是Cu-O面的层数越多，Tc越高(仅在三层以内适用)。虽然Cu和Fe同属于3d过渡金属，但是铜基和铁基超导体的费米面则从单带变成了多带。铁基超导体的多重费米面，意味着多电子轨道和多能带的参与对超导或许是有利的。从这个意义上来说，铁基超导最接近的常规超导体应该是MgB2——一个同样具有层状结构和多重费米面的超导材料，临界温度非常接近40 K (图2)。