鐵磁超導體

鐵磁超導體（英語：Ferromagnetic superconductor）是指同時展現鐵磁性與超導性的材料。其最大的特性是在場冷(field cooling)過程下，沒有抗磁性。不過，材料中是否能同時存在鐵磁與超導性質的爭議仍然存在。

由於單重態超導和順序鐵磁性的不共存性，它們二者不能夠同時大範圍存在於物質中。直到1956年時，Ginzburg提出的軌道機理解釋了磁化和超導共存的問題。在軌道理論中，超導性是被抑制的。而當Bardeen，Cooper，和Schrieffer於1957年共同提出了BCS理論後，單重態的超導也同樣可以被交換場理論破壞。當處於磁化狀態時，交換場中的Cooper對趨於取相同的自鏇方向，從而抑制了電子的成對效應。這就是所謂的順磁化效應。1959年時，Anderson和Suhl又證實了鐵磁有序化是不可能在超導相中出現的。這其中的主要原因是當處於超導狀態下時，電子順磁感應的0波矢量組分是被抑制的。在這種狀態下，使得鐵磁有序化的能量就會降低，然而此時卻出現的是非單一磁化，而不是有序鐵磁體。Anderson和Sulh把這種狀態稱為“隱性鐵磁”。
1977年，稀土化合物Rh4B4及Mo6X8(X可為S,Se等)的發現為超導和磁性在同一個化學計量化合物中的存在提供了實驗證實。實驗發現，許多這些超導體系是與抗鐵磁性的，而且它們的Néel溫度TN小於其居里溫度Tc。而在更近期的一些金屬嵌入式
化合物超導性的發現(如Ni2B2C)也提供了其他的抗鐵磁性和超導性的共存。因此事實上，超導性和抗鐵磁性是可以共存的。
正如Anderson和Suhl所預言的，在居里溫度時，非單一的磁化態化合物中出現了。這些化合物的存在已經被中子衍射實驗所表征證明了。這種磁性結構的周期要比超導體連續存在的時間短，但在空間尺度上又比分子中原子間的間距大。所以在一定程度上，這種結構是超導和鐵磁的一個折中：從超導性的一個方面看來，這種結構是抗鐵磁的；而從磁化性質的一個方面看來，它又是鐵磁的。歸結到理論的分析，並考慮軌道和交換機理以及磁化各向異性，可以知道在一段很短的時間內，這種共存相是晶體中的一個主導存在的結構。這種超導與磁化的共存形態在ErRh4B4和HoMo6S8中存在的還比較有限，但在HoMo6Se8中這種主導存在形式可以一直維持到T=0K。 儘管單重態超導和鐵磁不太可能在化合物中大量的存在，然而這在人工改性的層狀鐵磁/超導(F/S)體系中卻是較容易達到的。由於“臨近效應”，Cooper對可以鑽穿F層並且在鑽穿處誘發超導。在這種情況下，我們就可以有很好的機會研究超導電子在巨大交換場中的性質。並且，通過改變鑽穿層的厚度我們還可以控制兩個競爭力量的相對的調製強度，從而對超導和磁性的相互作用影響進行深入研究。 注意到在納米尺度上的S/F結構中超導和鐵磁的這些有趣的現象，然而相關的發現知道近期才出現是由於在高品質的F/S雜交體系預備中的實驗上的巨大進展。而實驗的進步和其潛在的利用價值又反過來刺激催生了異型結構中超導和鐵磁相互作用研究的興趣。現在看來適時回顧這一領域的研究進展和放眼未來工作的發展是非常必要的。

歷史

1995年，德國L. Bauernfeind、W. Widder，和H. F. Braun首先發現RuSr2GdCu2O8弱鐵磁超導。之後J. L. Tallon、朱經武博士等人的投入，使Ru-1212系統得到更多的注目與了解，並發現同一系統的RuSr2EuCu2O8亦有超導性；然而，由於樣品製作不易，超導與鐵磁性彼此的競爭與共存、自發漩渦態(Spontaneous Vortex State)等爭議仍然存在。 2000年，重費米子超導體(heavy fermion superconductors)(如銦化物CeTIn5(T = Co, Ir)亦被發現，其反鐵磁性與超導共存

材料

1.具鐵磁超導體特性的化合物包括：

UGe2、URhGe、與UCoGe。

ErRh4B4、HoMo6S8。

釕(稀土)銅氧化合物(RuR-1212)，如“釕鍶釓銅氧(RuSr2GdCu2O8)”、“釕鍶銪銅氧(RuSr2EuCu2O8)”。

重費米子超導體(heavy fermion superconductors)(如銦化物CeCoIn5、CeIrIn5)。

2.超晶格(superlattice)

• 此外，德國的Habermeier與Cristiani，則是利用鐵磁性化合物鑭鈣錳氧(LaCaMnO，簡稱LCMO)或鍶釕氧(SrRuO，簡稱SRO)與具超導性的化合物釔鋇銅氧(YBaCuO，簡稱YBCO)合成超晶格薄膜，再加以研究其物理性質。