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第1章 铁基超导机理研究面临的挑战 1

1.1 引言 1

1.2 铁基超导体的基本电子结构 3

1.3 能隙函数的对称性及结构 8

1.4 反铁磁涨落与电子的相互作用 12

1.5 展望 15

参考文献 16

第2章 铁基超导材料与结构 18

2.1 反氧化铅型结构的Fe1+xSe超导体 18

2.2 ZrCuSiAs结构的铁基超导体 20

2.3 ThCr2Si2结构的铁基超导体 28

2.4 PbFCl结构的铁基超导体 36

2.5 多层离子插层的铁基超导体 39

2.6 铁基超导体超导电性和晶体结构的关联 45

2.7 与铁基超导体相关的其他层状化合物 46

参考文献 49

第3章 铁基超导体的电子结构和磁性质的理论研究 52

3.1 概述 52

3.2 计算方法 55

3.3 四元铁砷化合物（LaOFeAs） 56

3.3.1 非磁性态 57

3.3.2 共线反铁磁性态 61

3.3.3 As传递的反铁磁超交换相互作用 64

3.4 二元铁硫基化合物（α-FeSe和α-FeTe） 66

3.4.1 非磁性态 67

3.4.2 基态的磁结构 68

3.4.3 讨论与分析 71

3.5 插层三元铁硒化合物 72

3.5.1 AFe2Se2（A=Cs、Rb、K或T1） 73

3.5.2 AFe1.5Se2（A=Cs、Rb、K或TI） 75

3.5.3 A0.8Fe1.6Se2（A=K、Rb、Cs或TI） 77

3.5.4 讨论 80

3.6 总结 81

参考文献 82

第4章 角分辨光电子能谱对铁基超导体的研究 83

4.1 角分辨光电子能谱 83

4.1.1 基本原理 83

4.1.2 常见的作图方法 84

4.1.3 优点和缺点 85

4.2 电子结构 86

4.2.1 布里渊区定义 86

4.2.2 Ba0.6 K0.4Fe2As2 87

4.2.3 母体化合物 90

4.2.4 122体系中的空穴和电子掺杂 91

4.2.5 等价态替代的BaFe2（As1-xPx）2和Ba（Fe1-xRux）2As2 94

4.2.6 其他铁基材料 95

4.3 超导能隙 98

4.3.1 费米面准嵌套模型 100

4.3.2 局域反铁磁交换配对模型 104

4.3.3 超导能隙的温度依赖 107

4.3.4 超导能隙的掺杂依赖 107

4.3.5 赝能隙 109

4.3.6 超导能隙的各向异性和节点 110

4.4 总结 110

参考文献 111

第5章 铁基超导体的电荷动力学响应 114

5.1 固体光学性质简介 114

5.1.1 光学常数之间的关系 114

5.1.2 带内跃迁与带间跃迁 116

5.1.3 德鲁德模型和洛伦兹模型的光学响应 117

5.1.4 扩展的德鲁德模型 119

5.1.5 求和规则 121

5.1.6 对称性破缺体系的能隙与相干峰 121

5.2 铁基超导体母体的低能激发行为 124

5.2.1 FeAs基系统母体的自旋密度波能隙 124

5.2.2 Fe1+xTe体系磁相变前后的电荷动力学 128

5.2.3 K0.8Fe1.6Se2中Fe的3d电子的完全局域化 129

5.3 铁基超导系统的光谱特征及分析 132

5.3.1 多分量和单分量分析方案 132

5.3.2 光电导谱中体现的电子关联 136

5.3.3 各向异性的电荷动力学 141

5.4 超导态下超导体的光学性质 148

5.4.1 测量超导能隙 148

5.4.2 KxFe2-ySe2体系中的约瑟夫森耦合等离子体振荡模式 152

5.4.3 超导引起的谱重转移 154

5.4.4 由太赫兹光谱技术探测Tc之下超导凝聚的相干峰 155

参考文献 158

第6章 结构、磁序、相变及激发谱的中子散射研究 162

6.1 由铁平方晶格层构成的各体系的结构相变与相图 163

6.1.1 ZrCuSiAs（1111）结构体系 163

6.1.2 ThCr2Si2（122）结构体系 164

6.1.3 PbFCl（111）结构体系 165

6.1.4 PbO（11）结构体系 165

6.2 由铁平方晶格层构成的各体系的反铁磁结构与磁相变 167

6.2.1 1111体系 167

6.2.2 122体系 168

6.2.3 111体系 168

6.2.4 11体系 168

6.3 由铁平方晶格层构成的各体系的激发谱 169

6.3.1 声子激发谱 169

6.3.2 磁性激发谱 169

6.4 由铁空位层构成的新超导体系的组分、晶体结构与磁序结构 172

参考文献 174

第7章 铁基高温超导体的多重超导能隙、自旋涨落以及自旋轨道耦合 177

7.1 引言 177

7.2 超导态性质 178

7.2.1 PrFeAsO0.89 F0.11的超导态 178

7.2.2 LaFeAsO1-xFx的超导态 180

7.2.3 Ba0.68 K0.32Fe2As2的超导态 183

7.2.4 超导态小结 184

7.3 自旋涨落与超导温度的关联性 184

7.4 自旋涨落的各向异性与自旋轨道耦合 187

7.5 结束语 190

参考文献 190

第8章 铁基超导体输运、热力学和超流密度研究 192

8.1 铁基超导体的结构类型和材料特征的简单回顾 192

8.2 能带计算和对电子输运的简单理解 196

8.3 铁基超导体的电输运性质研究 197

8.3.1 较低的各向异性 197

8.3.2 电阻和霍尔效应以及非对称的电子散射率 201

8.3.3 可能的量子临界效应 206

8.4 铁基超导体的比热研究 207

8.4.1 简单的超导配对物理图像 207

8.4.2 几个典型铁基超导系统的比热研究 208

8.4.3 反常的剩余比热系数 213

8.5 铁基超导体的热导研究 215

8.6 铁基超导体的超流密度研究 221

8.7 结束语 226

参考文献 226

第9章 铁基超导体的扫描隧道显微镜研究 229

9.1 扫描隧道显微镜的基本工作原理和工作模式 229

9.2 铜氧化物高温超导体的扫描隧道显微镜研究 232

9.2.1 赝能隙相的研究 232

9.2.2 准粒子干涉现象 234

9.2.3 杂质态电子结构的研究 235

9.2.4 实空间有序态和非均匀性研究 237

9.3 铁基超导体的扫描隧道显微镜研究 238

9.3.1 铁基超导材料的表面形貌 240

9.3.2 铁基超导体电子结构的二重对称性 250

9.3.3 铁基超导体超导配对的对称性 255

9.3.4 铁基超导体磁通涡旋的结构和电子态 259

9.4 总结与展望 263

参考文献 265

第10章 铁基超导体的理论 269

10.1 概述 269

10.2 基于弱关联的理论总结 270

10.3 铁基超导体母体化合物的磁有序态和理论解释 271

10.3.1 铁基超导体母体化合物的实验结果 272

10.3.2 第一性原理电子结构计算的结果 275

10.3.3 总结和讨论 284

10.4 超导的配对对称性和机理 285

10.4.1 铜基高温超导的t-J模型 285

10.4.2 铁磷族化合物双轨道交互耦合模型中的配对对称性 286

10.4.3 讨论和总结 289

10.5 S4对称性微观模型 290

参考文献 294

索引 298