強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)超導(dǎo)電性的高壓研究

郭 靜，孫力玲,3

（1. 中國(guó)科學(xué)院物理研究所, 北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心, 北京 100190；2. 松山湖材料實(shí)驗(yàn)室, 廣東 東莞 523808；3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049）

非常規(guī)超導(dǎo)體具有強(qiáng)電子關(guān)聯(lián)性，其中大量帶電粒子間復(fù)雜的相互作用導(dǎo)致其多種自由度間發(fā)生變化、糾纏及相互影響，產(chǎn)生了豐富的量子態(tài)及相應(yīng)的宏觀量子現(xiàn)象[1-6]，極大地拓展了人們對(duì)強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，由于傳統(tǒng)的BCS 微觀理論無法解釋非常規(guī)超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)理[7]，使得基于傳統(tǒng)凝聚態(tài)物理理論形成的對(duì)超導(dǎo)電性的許多關(guān)鍵性理解面臨巨大挑戰(zhàn)。1979 年，重費(fèi)米子超導(dǎo)體CeCu2Si2的發(fā)現(xiàn)開辟了非常規(guī)超導(dǎo)電性研究領(lǐng)域[8]；1986 年，銅氧化物高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)掀起了探索和研究高溫超導(dǎo)體的熱潮[9]，其高于液氮溫區(qū)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度給高溫超導(dǎo)材料的廣泛應(yīng)用帶來了希望，人們從實(shí)驗(yàn)和理論方面進(jìn)行了全方位的研究，取得了大量銅氧化物超導(dǎo)體研究成果[10-23]，加深了對(duì)非常規(guī)超導(dǎo)材料的理解；2008 年，鐵基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)結(jié)束了20 多年來銅氧化物超導(dǎo)體作為唯一高溫超導(dǎo)體的歷史，為非常規(guī)超導(dǎo)體研究創(chuàng)造了新的機(jī)遇[24]。隨后的十幾年，人們更關(guān)注這3 類非常規(guī)超導(dǎo)體的共性研究，希望獲得破解非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)理的關(guān)鍵信息。此外，隨著各種測(cè)量技術(shù)和研究手段的發(fā)展，在非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)理研究需求的推動(dòng)下，各種超導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)研究能力得到了快速發(fā)展。其中，超高壓等綜合極端條件的可控加載成為超導(dǎo)電性研究中不可替代的重要研究手段之一。壓力這一物理維度能夠在不改變物質(zhì)系統(tǒng)化學(xué)組分的前提下調(diào)控系統(tǒng)的晶體結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)量子態(tài)的調(diào)控，發(fā)現(xiàn)各種變量間對(duì)應(yīng)的演化規(guī)律。壓力下的非常規(guī)超導(dǎo)體研究一方面可為理解超導(dǎo)體的基本性質(zhì)提供重要的實(shí)驗(yàn)信息，另一方面也為相關(guān)物理圖像和物理機(jī)制的建立提供關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。此外，還能促進(jìn)常壓下新超導(dǎo)體的探索[25-26]。非常規(guī)超導(dǎo)材料的高壓研究已有一些綜述[27-36]，受篇幅限制，本文將主要介紹近年來我們?cè)趲追N典型重費(fèi)米子超導(dǎo)體、銅氧化物超導(dǎo)體以及鐵基超導(dǎo)體的高壓研究中取得的進(jìn)展，并對(duì)有序態(tài)與超導(dǎo)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系以及影響超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的因素等進(jìn)行簡(jiǎn)要的討論。

1 CeTX3 體系重費(fèi)米子超導(dǎo)體的高壓研究

重費(fèi)米子體系屬于典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系，這類材料包含巡游性的導(dǎo)電電子和局域的具有f 電子或d 電子的磁性陽(yáng)離子，構(gòu)成近藤晶格系統(tǒng)。不同的重費(fèi)米子系統(tǒng)是巡游電子與局域電子間的相互作用導(dǎo)致不同的近藤相互作用和RKKY 相互作用競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，從而形成豐富的基態(tài)，表現(xiàn)出多樣的量子臨界行為，蘊(yùn)含著豐富的物理內(nèi)涵[3-5]。重費(fèi)米子體系的特征能量尺度低，其基態(tài)可通過壓力、磁場(chǎng)等手段進(jìn)行有效的調(diào)控。此外，重費(fèi)米子系統(tǒng)表現(xiàn)出許多與銅氧化物超導(dǎo)體、鐵基高溫超導(dǎo)體相似的性質(zhì)，但不存在銅氧化物和鐵基高溫超導(dǎo)體內(nèi)由于摻雜引入的無序效應(yīng)，另外，由于樣品純度高，重費(fèi)米子體系研究成為揭示非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)理、研究量子相變等的獨(dú)特研究平臺(tái)，有利于深入認(rèn)識(shí)非常規(guī)超導(dǎo)電性的本質(zhì)和起源，為探索新型高溫超導(dǎo)材料提供指引。

1979 年，Steglich 等[8]首先在重費(fèi)米化合物CeCu2Si2中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電性，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度約為0.6 K，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度處的比熱容跳變可達(dá)簡(jiǎn)單金屬的上千倍，同時(shí)電子的費(fèi)米溫度遠(yuǎn)小于聲子的德拜溫度，而且超導(dǎo)電性與磁性緊密相關(guān)。這些特性都無法用傳統(tǒng)的BCS 理論解釋，對(duì)超導(dǎo)機(jī)理的統(tǒng)一理解提出了挑戰(zhàn)，從而催生出非常規(guī)超導(dǎo)研究領(lǐng)域。經(jīng)過40 多年的發(fā)展，目前已發(fā)現(xiàn)40 多種重費(fèi)米子超導(dǎo)體[37-40]，其中多種都具有與反鐵磁（AFM）長(zhǎng)程序相關(guān)的特點(diǎn)，即超導(dǎo)相圖上超導(dǎo)電性通常出現(xiàn)在反鐵磁的邊界附近。因而，反鐵磁自旋漲落被認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)重費(fèi)米子系統(tǒng)超導(dǎo)電性出現(xiàn)的可能機(jī)制之一[41]。此外，許多常壓下不超導(dǎo)的重費(fèi)米子材料，在外部參數(shù)的調(diào)制下，其反鐵磁被抑制，進(jìn)而表現(xiàn)出超導(dǎo)電性。這也是銅氧化物和鐵基高溫超導(dǎo)體的一個(gè)共同特征。因此，重費(fèi)米超導(dǎo)材料被認(rèn)為是非常規(guī)超導(dǎo)體中研究磁性和超導(dǎo)電性關(guān)系的重要體系。此外，價(jià)態(tài)漲落對(duì)具有價(jià)態(tài)不穩(wěn)定稀土元素的重費(fèi)米子材料的超導(dǎo)電性有重要影響。下面主要介紹重費(fèi)米子超導(dǎo)材料CeTX3（T= Co, Rh, Ir；X= Si, Ge）體系的高壓研究進(jìn)展，討論其磁性及Ce 在壓力下的價(jià)態(tài)變化與超導(dǎo)的關(guān)系。

1.1 重費(fèi)米子化合物CeRhGe3 的壓致超導(dǎo)電性及CeTX3 體系超導(dǎo)電性的統(tǒng)一理解

重費(fèi)米子化合物家族CeTX3（T=Co, Rh, Ir；X=Si, Ge）具有BaNiSn3型非中心對(duì)稱的I4mm空間群結(jié)構(gòu)[42-43]。由于缺乏空間反演中心所致的反對(duì)稱自旋-軌道耦合可能引起超導(dǎo)配對(duì)態(tài)中自旋單態(tài)與自旋三重態(tài)的混合，這類化合物被認(rèn)為具有p 波超導(dǎo)配對(duì)分量。該重費(fèi)米子化合物家族還顯示出其他不尋常的特性，包括非常高的上臨界場(chǎng)和上臨界場(chǎng)的各向異性[42-45]。因此，非中心對(duì)稱超導(dǎo)體家族為探索和理解磁性與超導(dǎo)態(tài)之間的聯(lián)系提供了一個(gè)特殊的平臺(tái)。在Ce113 家族中，除了CeCoSi3在常壓下處于混合價(jià)態(tài)外[46]，其他成員均表現(xiàn)為反鐵磁的基態(tài)，而且在壓力的作用下，CeRhSi3、CeIrSi3、CeCoGe3、CeIrGe3的反鐵磁特性被抑制后均表現(xiàn)出超導(dǎo)電性[47-58]。CeRhGe3作為CeTX3家族中的一員，有望在壓力作用下變成超導(dǎo)體。

圖1 (a) CeRhGe3 的壓力-溫度相圖（橄欖色的空心正方形是從文獻(xiàn)[56]中選取的轉(zhuǎn)變溫度TN1）；(b) CeTX3 化合物的Tcmax 與相應(yīng)臨界體積Vcrit 之間的關(guān)系[59]Fig. 1 (a) Pressure-temperature phase diagram of CeRhGe3, in which the olive hollow square is the transition temperature TN1 adopted from Ref.[56]; (b) relation between Tcmax and the critical volume Vcrit for CeTX3[59]

1.2 重費(fèi)米子化合物CeRhGe3 的反鐵磁相與超導(dǎo)相之間的異常關(guān)系

非常規(guī)超導(dǎo)體通常在反鐵磁相被抑制后出現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變出現(xiàn)在反鐵磁相的附近區(qū)域，表明磁漲落在非常規(guī)超導(dǎo)形成過程中起著重要作用[41,60-65]。在過去的幾十年中，為了理解反鐵磁與超導(dǎo)相之間的相互作用，人們做出了大量的努力，但是直到現(xiàn)在仍是凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域中最具挑戰(zhàn)性的問題之一。

觀察CeRhGe3的高壓相圖，其反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度TN并非連續(xù)下降至零，而是在19～21 GPa 壓力范圍內(nèi)幾乎不變，之后在約21.5 GPa 時(shí)突然消失，此時(shí)Tc達(dá)到最大值，如圖2(a)所示。這與其姐妹化合物CeIrGe3

[51]、CeRhSi3[52,54]在壓力下的行為類似。Wang 等[66]對(duì)CeRhGe3的電阻曲線正常態(tài)進(jìn)行了擬合，得到其殘余電阻和指數(shù)n隨壓力的變化，如圖2(a)中插圖所示，發(fā)現(xiàn)在臨界壓力pc（21.5 GPa）附近，指數(shù)n=1，意味著費(fèi)米液體行為至非費(fèi)米液體行為的轉(zhuǎn)變。在同體系重費(fèi)米子化合物CeIrSi3和CeRhSi3中也觀察到這種轉(zhuǎn)變。與臨界磁漲落一樣，臨界價(jià)態(tài)漲落也可能導(dǎo)致非費(fèi)米液體態(tài)，Onishi 等[67]指出，傳導(dǎo)電子與f 電子之間的庫(kù)侖排斥作用導(dǎo)致價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變，壓力下Ce 的4f 電子退局域化導(dǎo)致的價(jià)態(tài)擾動(dòng)被認(rèn)為是CeCu2(Si1-xGex)2第2 個(gè)超導(dǎo)相產(chǎn)生的原因。此外，在Ce 基、Yb 基重費(fèi)米子化合物中，壓致價(jià)態(tài)漲落被認(rèn)為是另一種機(jī)制[41,67-70]。高壓X 射線吸收譜顯示，CeRhGe3中Ce 的平均價(jià)態(tài)隨著壓力的升高而增大，如圖2(b)和圖2(c)所示，結(jié)合電阻率分析可知，在CeRhGe3中發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)電性與價(jià)態(tài)不穩(wěn)定性有關(guān)。Ce 在壓力下的價(jià)態(tài)變化非常小[71-74]，用目前的高壓吸收譜測(cè)量技術(shù)探測(cè)如此細(xì)微的變化比較困難。此外，低溫價(jià)電子數(shù)與超導(dǎo)電性的關(guān)系是實(shí)驗(yàn)上的又一難點(diǎn)，其深入研究有待高壓技術(shù)的改進(jìn)。Seyfarth 等[68]在CeCu2Si2的研究中提出了通過低溫電阻標(biāo)度分析來反映價(jià)態(tài)擾動(dòng)的方法。我們利用該方法分析了價(jià)態(tài)擾動(dòng)在CeRhGe3壓致超導(dǎo)中的作用[66]，結(jié)果如圖3 所示。

圖2 (a) CeRhGe3 和CeIrGe3 的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc 和反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度TN 隨壓力（p）的變化（黃色圓點(diǎn)和紫色圓點(diǎn)分別代表CeRhGe3 的TN 和Tc；黑色空心圓和黑色實(shí)心圓分別代表CeIrGe3 的TN 和Tc [51]）； (b) 室溫時(shí)不同壓力下CeRhGe3 中Ce-LⅢ的X 射線吸收光譜；(c) CeRhGe3 中Ce 的平均價(jià)態(tài)隨壓力的變化[66]Fig. 2 (a) Evolutions of the superconducting transition temperatures Tc and the AFM transition temperatures TN with pressure p for CeRhGe3 and CeIrGe3, the open and filled black circles represent the TN and the Tc of CeIrGe3[51]; (b) Ce-LⅢ X-ray absorption spectra of CeRhGe3 at room temperature for various pressures; (c) pressure dependence of the mean valence of Ce ions in CeRhGe3[66]

圖3 CeRhGe3 在pc（21.5 GPa）附近時(shí)低溫電阻的標(biāo)度化分析：(a) 2～10 K 時(shí)等溫電阻（R*=R-R0）隨壓力的變化（紅色正方形代表pc 處的R*下降50%時(shí)的壓力pvc 和溫度，紅線代表pvc 隨溫度變化的關(guān)系，外延至零溫得到一階價(jià)態(tài)相變的臨界終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力pcr）；(b) 歸一化等溫電阻Rnor（Rnor = [R*-R*(pvc)]/R*(pvc)）隨壓力的變化（紅色正方形對(duì)應(yīng)圖3(a)中的紅色正方形）；(c) 歸一化等溫電阻在pvc 時(shí)的斜率（ χ = |dRnor/dp|pvc）隨溫度的變化（紅色虛線代表Curie-Weiss 擬合，得到Tcr = -20 K）；(d) 歸一化等溫電阻作為廣義距離h/ θ的函數(shù)時(shí)的塌縮行為（h = (p- pvc)/pvc，θ = (T - Tcr )/|Tcr | [66] ）Fig. 3 Scaling analysis of low-temperature resistance for CeRhGe3 at pressures near pc ≈ 21.5 GPa: (a) pressure dependence of the isothermal resistance R* (R* = R-R0 ) at selected temperature range of 2 K≤T≤10 K (The red squares indicate the pressure pvc and the temperatures at which R* drops by 50% from its value at the critical pressure pc, and the red line represents the relation between pvc and temperature, and it’s extrapolation of the square data to 0 K gives the critical end point pressure of the phase transition of the first-order valence state pcr.); (b) normalized resistance Rnor (Rnor = [R*-R*(pvc)]/R*(pvc)) as a function of pressure, the red squares are equivalent to those presented in Fig.3(a); (c) temperature dependence of the Rnor slope χ ( χ = |dRnor/dp|pvc) at pvc, the red dashed line represents a Curie-Weiss fit, yielding Tcr = -20 K; (d) collapse of normalized Rnor data as a function of the generalized distance h/θ from the critical end point, where h = (p- pvc)/pvc and θ = (T - Tcr )/|Tcr| [66]

從圖3 可以看出：在CeRhGe3中確實(shí)發(fā)生了壓力引起的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變（crossover），該價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變起源于與一階價(jià)態(tài)有關(guān)的位于（22.0 GPa, -20 K）附近的臨界終點(diǎn)，價(jià)態(tài)擾動(dòng)將對(duì)低溫物性（如超導(dǎo)電性、非費(fèi)米液體行為等）產(chǎn)生重要影響；高壓下CeRhGe3的反鐵磁相與超導(dǎo)相之間的異常關(guān)系與臨界價(jià)態(tài)的不穩(wěn)定性密切相關(guān)。這些研究結(jié)果不僅突顯出價(jià)態(tài)漲落對(duì)Ce 基重費(fèi)米子化合物壓致超導(dǎo)電性的影響，還為發(fā)展及驗(yàn)證理論模型提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

非中心對(duì)稱的CeTX3體系重費(fèi)米子超導(dǎo)體仍有許多問題值得更加深入的研究。例如：CeTX3材料的巨大的、各向異性的上臨界場(chǎng)與自旋三重態(tài)配對(duì)的鐵磁超導(dǎo)體非常類似，這類材料是否具有“混合配對(duì)”性質(zhì)？其確切的超導(dǎo)配對(duì)對(duì)稱性有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。CeRhGe3、CeIrGe3及CeRhSi3在臨界壓力附近的超導(dǎo)和反鐵磁是否存在微觀共存？?jī)r(jià)態(tài)漲落對(duì)超導(dǎo)相的超導(dǎo)配對(duì)是否起關(guān)鍵性作用？這些問題的解決對(duì)理解結(jié)構(gòu)非中心對(duì)稱的CeTX3體系的壓致超導(dǎo)以及非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)理具有重要意義。

2 Bi 系銅氧化物高溫超導(dǎo)材料的高壓研究

1986 年，銅氧化物超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)掀開了高溫超導(dǎo)研究的歷史篇章[9]，是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的重大突破之一。銅氧化物超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高于液氮溫區(qū)，具有巨大的應(yīng)用前景。30 多年來，新高溫超導(dǎo)材料的探索和非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)理研究一直是凝聚態(tài)物理研究的核心前沿問題。盡管人們付出了巨大的努力，從實(shí)驗(yàn)和理論方面對(duì)銅氧化物高溫超導(dǎo)體開展了廣泛的研究，取得了許多重大研究進(jìn)展[10-23]，但是時(shí)至今日仍然沒有實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)電性的全面、統(tǒng)一理解，高溫超導(dǎo)機(jī)理的破解被列為21 世紀(jì)凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)之一[75]。銅氧化物作為典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系，其電荷、自旋、軌道和晶格之間的相互作用導(dǎo)致高溫超導(dǎo)的出現(xiàn)，同時(shí)又伴隨著多重有序相（如贗能隙、電荷密度波、自旋密度波、向列相、條紋相等）的合作或競(jìng)爭(zhēng)[23,76-80]，使得高溫超導(dǎo)相圖呈現(xiàn)出豐富的物理特性。對(duì)這些有序相與超導(dǎo)電性關(guān)系的理解是破解高溫超導(dǎo)機(jī)理的關(guān)鍵。多年來，在超導(dǎo)新材料的探索和超導(dǎo)理論研究中，壓力作為一個(gè)可調(diào)控的物理維度起到了獨(dú)特的作用，例如：銅氧化物超導(dǎo)體的最高Tc值（164 K）就是在受壓的HgBa2Ca2Cu3O8+δ中發(fā)現(xiàn)的[12]。下面將主要介紹Bi 系銅氧化物超導(dǎo)體的兩個(gè)典型高壓研究進(jìn)展。

2.1 高壓下銅氧化物超導(dǎo)體Bi2212 奇異金屬態(tài)中2D-3D 超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變

Bi 系銅氧化物母相的基態(tài)是反鐵磁絕緣體，其反鐵磁態(tài)隨載流子濃度的增加逐漸被抑制，絕緣性消失后出現(xiàn)超導(dǎo)電性。根據(jù)摻雜濃度的不同，超導(dǎo)區(qū)域分為欠摻雜（under-doped，UD）、最佳摻雜（optimally-doped，OP）和過摻雜（over-doped，OD）3 個(gè)區(qū)間[81]。在欠摻雜區(qū)域，溫度在Tc以上時(shí)存在贗能隙，贗能隙與超導(dǎo)電性的關(guān)系目前還沒有定論。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，贗能隙態(tài)是超導(dǎo)的先驅(qū)相，超導(dǎo)相由贗能隙態(tài)發(fā)展而來[82-84]；另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為，贗能隙是與超導(dǎo)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)的有序態(tài)，與超導(dǎo)相的形成無關(guān)[85]。在最佳摻雜區(qū)域，正常態(tài)處于單一的奇異金屬態(tài)，費(fèi)米面在最佳摻雜臨界點(diǎn)附近發(fā)生重構(gòu)[86-88]。在過摻雜區(qū)域以及重過摻雜不超導(dǎo)區(qū)域，正常態(tài)表現(xiàn)出反常費(fèi)米液體行為。理解贗能隙、反常費(fèi)米液體相和奇異金屬相等反常正常態(tài)的性質(zhì)是理解高溫超導(dǎo)機(jī)理的基礎(chǔ)。其中，奇異金屬態(tài)的研究占據(jù)特殊的重要地位。這不僅是由于其對(duì)應(yīng)具有最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)基態(tài)和產(chǎn)生費(fèi)米面重構(gòu)的臨界摻雜量子相變點(diǎn)，而且還因?yàn)槠溥B接著贗能隙和反常費(fèi)米液體態(tài)。

銅氧化物超導(dǎo)體是由產(chǎn)生超導(dǎo)的CuO2面層和銅氧面間的載流子庫(kù)層組成。對(duì)于主要的Bi 系銅氧化物Bi2Sr2Can-1CunO2n+4+δ超導(dǎo)體，根據(jù)CuO2的層數(shù)，可分為Bi2201、Bi2212、Bi2223 3 種超導(dǎo)體，其Tc隨CuO2面層數(shù)的增加而增加。人們通過測(cè)量材料的磁化率，對(duì)這一系列Bi 系銅氧化物超導(dǎo)體進(jìn)行了高壓研究，獲得了其Tc隨壓力變化的一些規(guī)律[89-92]。Bi 系銅氧化物超導(dǎo)體具有較強(qiáng)的二維特性，其電輸運(yùn)性質(zhì)的系統(tǒng)測(cè)量具有重要意義。Guo 等[93]選取最佳摻雜的Bi2Sr2CaCu2O8+δ超導(dǎo)體作為研究體系，首次采用CuO2“面內(nèi)-面間”的高壓原位電阻同步測(cè)量技術(shù)，測(cè)量了Bi2Sr2CaCu2O8+δ樣品ab面的電阻和c方向上的電阻隨壓力的演化，發(fā)現(xiàn)了壓力誘導(dǎo)高溫超導(dǎo)相和奇異金屬態(tài)的二維（2D）性質(zhì)，如圖4(a)～圖4(d)所示。在欠摻雜及過摻雜樣品中，并未觀察到壓力誘導(dǎo)高溫超導(dǎo)相，排除了高溫超導(dǎo)相是壓力不均勻以及表面應(yīng)力等因素造成的可能性，多次測(cè)量獲得的相同結(jié)果也證明了高溫超導(dǎo)相是樣品本征性質(zhì)的表現(xiàn)。此外，還采用“電阻-磁化率”一體化高壓原位測(cè)量技術(shù)同時(shí)原位測(cè)量了壓力下Bi2Sr2CaCu2O8+δ樣品的電阻和交流磁化率，測(cè)量結(jié)果如圖4(e)～圖4(h)所示。進(jìn)一步分析表明，該2D 超導(dǎo)轉(zhuǎn)變表現(xiàn)出類似Berezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）轉(zhuǎn)變的行為，且超導(dǎo)體中的奇異金屬態(tài)是由2D 特性主導(dǎo)。圖5 給出了Bi 系銅氧化物超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度-壓力相圖。在2.8 GPa 以上，從奇異金屬態(tài)中首次發(fā)現(xiàn)了具有類似BKT 行為的2D 超導(dǎo)態(tài)，繼續(xù)降低溫度后，Bi 系銅氧化物進(jìn)入3D 超導(dǎo)態(tài)。因而，圖5 展示了Bi 系銅氧化物在壓力誘導(dǎo)下的2D-3D 超導(dǎo)態(tài)躍變。這一發(fā)現(xiàn)不僅為進(jìn)一步研究超導(dǎo)電性穩(wěn)定性的影響因素、最佳摻雜時(shí)的奇異金屬態(tài)、欠摻雜時(shí)的贗能隙、過摻雜時(shí)的反常金屬態(tài)、摻雜導(dǎo)致的量子相變等之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系提供了重要線索，還為破解高溫超導(dǎo)機(jī)理提供了壓力維度下的新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

圖4 最佳摻雜的Bi2Sr2CaCu2O8+δ 在不同壓力下的Rab、Rc 和交流磁化率Δ χ'隨溫度的變化：(a)～(d)為6.0、7.5、8.2 和9.0 GPa 下歸一化后的Rab 和Rc 隨溫度變化曲線，(e)～(h)為0.8、2.9、5.5、10.3 GPa 下歸一化電阻（R/R120 K）和交流磁化率隨溫度變化曲線[93]Fig. 4 Rab, Rc and Δ χ' as a function of temperature for optimally doped Bi2Sr2CaCu2O8+δ: normalized Rab(T) and Rc(T) measured at pressures of 6.0 GPa (a), 7.5 GPa (b), 8.2 GPa (c) and 9.0 GPa (d);Δ χ' and R/R120 K at pressures of 0.8 GPa (e), 2.9 GPa (f), 5.5 GPa (g) and 10.3 GPa (h) [93]

圖5 最佳摻雜的Bi2Sr2CaCu2O8+δ 中壓力導(dǎo)致的2D-3D 超導(dǎo)態(tài)躍變的溫度-壓力相圖[93]Fig. 5 Pressure-Tc phase diagram of optimally doped Bi2Sr2CaCu2O8+δ[93]

2.2 高壓下Bi 系銅氧化物超導(dǎo)體的普適相圖

Bi 系銅氧化物超導(dǎo)體在不同摻雜區(qū)域所對(duì)應(yīng)的正常態(tài)不同，研究不同摻雜區(qū)域樣品的超導(dǎo)電性及其他性質(zhì)隨壓力的演化規(guī)律，可為理解各種有序態(tài)與超導(dǎo)電性之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系提供關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，進(jìn)而為理解超導(dǎo)電性如何從正常態(tài)中演變而來提供支撐。

Zhou 等[94]對(duì)具有2 層CuO2面的Bi2212 體系銅氧化物超導(dǎo)體開展了高壓下電阻和交流磁化率的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)了Bi 系超導(dǎo)體的普適壓力-溫度超導(dǎo)相圖，如圖6 所示。對(duì)于欠摻雜、最佳摻雜和過摻雜樣品，雖然其各自具有不同的正常態(tài)，但是在壓力作用下都表現(xiàn)出相同的行為：隨著壓力的升高，Tc略有升高，而后下降，在臨界壓力點(diǎn)超導(dǎo)被完全抑制，出現(xiàn)類絕緣相。在La 摻雜的具有1 層CuO2面的Bi2201 超導(dǎo)體中以及具有3 層CuO2面的Bi2223 超導(dǎo)體中都發(fā)現(xiàn)了相同的行為。此外，霍爾系數(shù)測(cè)量結(jié)果表明，載流子濃度隨著壓力的升高而升高，高于臨界壓力后幾乎保持不變，但電阻表現(xiàn)出類絕緣體行為。

圖6 Bi2Sr2CaCu2O8+δ 超導(dǎo)體的普適溫度-壓力相圖（右側(cè)是欠摻雜、最佳摻雜和過摻雜Bi2Sr2CaCu2O8+δ 超導(dǎo)體的溫度-壓力相圖[94]）Fig. 6 Pressure -Tc phase diagrams for Bi2Sr2CaCu2O8+δ superconductors (Right panels are the phase diagrams established by the experimental results from the under-doped (UD), optimally-doped (OP) and over-doped (OD) samples[94].)

Zhang 等[95]通過高壓同步輻射硬X 射線納米成像和小角散射的方法對(duì)最佳摻雜的Bi2212 進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了微觀尺度的高壓奇異條紋相，且該條紋相在壓力作用下的形態(tài)變化與Tc的演化密切相關(guān)。最高Tc不僅受奇異條紋相形貌的影響，還受氧空位的最佳分布的影響。這些高壓實(shí)驗(yàn)為進(jìn)一步理解奇異金屬態(tài)的成因、Tc值以及影響Tc的因素提供了新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

空穴型銅氧化物超導(dǎo)體的高壓研究還有很多值得進(jìn)一步探索的問題。例如：由Bi 系超導(dǎo)體獲得的普適壓力-溫度相圖是否適用于其他空穴型銅氧化物超導(dǎo)體，超導(dǎo)態(tài)被抑制后出現(xiàn)的類絕緣相是否是CuO2面內(nèi)和面外載流子濃度的不均勻性導(dǎo)致的，不同反常正常態(tài)對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)相在壓力下的行為一樣，如何統(tǒng)一地理解這些反常正常態(tài)對(duì)超導(dǎo)電性的影響，這些問題的深入研究對(duì)空穴型銅氧化物超導(dǎo)機(jī)理的理解具有重要意義。

3 鐵基超導(dǎo)體的高壓研究

2008 年，鐵基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)帶來了探索新高溫超導(dǎo)材料和超導(dǎo)機(jī)理的新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)[24]。鐵基超導(dǎo)體和銅氧化物超導(dǎo)體有諸多共同特性：兩者都含有基本二維的超導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元（銅氧化物超導(dǎo)體中的CuO2面和鐵基超導(dǎo)體中的FeAs/FeSe 層）；兩者都是強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系，其中電荷、自旋、軌道和晶格之間存在復(fù)雜的相互作用，使其超導(dǎo)相圖呈現(xiàn)豐富的物理內(nèi)涵；兩者的母體大多是具有反鐵磁性的基態(tài)，可通過摻雜和壓力等調(diào)控手段抑制反鐵磁性，進(jìn)而誘導(dǎo)出超導(dǎo)電性[62-65,96-101]。因此，通過對(duì)鐵基超導(dǎo)體和銅氧化物超導(dǎo)體的共性研究，有望在高溫超導(dǎo)機(jī)理研究方面取得新進(jìn)展。下面僅簡(jiǎn)要介紹我們?cè)阼F基超導(dǎo)體高壓研究中取得的幾項(xiàng)進(jìn)展，更多關(guān)于鐵基超導(dǎo)高壓研究的信息可查閱一些綜述文章[29-36]。

3.1 鐵砷基超導(dǎo)體Ca0.73La0.27FeAs2 中的反鐵磁-超導(dǎo)雙臨界點(diǎn)

鐵砷基超導(dǎo)體 Ca1-xLaxFeAs2（112 型）是近年來發(fā)現(xiàn)的新型鐵砷基體系，該類超導(dǎo)體具有獨(dú)特的單斜結(jié)構(gòu)，其晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)都與“122”型鐵基超導(dǎo)體有本質(zhì)區(qū)別[102-105]。在該體系中，當(dāng)La 的摻雜量在0.15～0.25 之間時(shí)出現(xiàn)超導(dǎo)電性，且超導(dǎo)與反鐵磁共存[106]；當(dāng)La 的摻雜量超過0.25 時(shí)，樣品僅具有單一的反鐵磁態(tài)[107]。Zhou 等[108]對(duì)常壓下具有單一反鐵磁態(tài)的Ca0.73La0.27FeAs2進(jìn)行了系統(tǒng)的高壓研究，發(fā)現(xiàn)壓力誘導(dǎo)的反鐵磁與超導(dǎo)之間存在一級(jí)相變，并且在相變臨界壓力和臨界溫度處存在雙臨界點(diǎn)（順磁-反鐵磁和正常態(tài)-超導(dǎo)態(tài)之間的二級(jí)相變），如圖7 所示。隨著壓力的增加，材料的反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度逐漸降低，在臨界壓力下，反鐵磁轉(zhuǎn)變突然消失，同時(shí)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變突然出現(xiàn)。超導(dǎo)轉(zhuǎn)變起始溫度與反鐵磁轉(zhuǎn)變消失的溫度基本相同，這是首次在高溫超導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)這種反鐵磁-超導(dǎo)相雙臨界點(diǎn)，雖然與SO(5)理論在銅氧化物高溫超導(dǎo)體研究中預(yù)測(cè)的雙臨界點(diǎn)現(xiàn)象[109]一致，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Ca0.73La0.27FeAs2的反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度和超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度在磁場(chǎng)下出現(xiàn)了分離現(xiàn)象，值得今后進(jìn)一步深入研究。

圖7 不同磁場(chǎng)下Ca0.73La0.27FeAs2 的壓力-溫度相圖[108]Fig. 7 Temperature-pressure phase diagrams obtained at different magnetic fields for Ca0.73La0.27FeAs2 single crystals[108]

“122”型MFe2As2（M=Ca, Sr, Ba, Eu）體系也是人們研究較多的鐵基超導(dǎo)體系。該體系的母體具有反鐵磁基態(tài)，通過化學(xué)摻雜引入載流子、同價(jià)態(tài)P 替代As 產(chǎn)生化學(xué)內(nèi)壓力或施加外部物理壓力，可以抑制反鐵磁性，進(jìn)而誘導(dǎo)出現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)[97-100,110-112]。其中，Eu 離子在低溫下呈現(xiàn)磁有序，導(dǎo)致Eu122 中兩種不同的磁性層（Eu 離子層和FeAs 層）共存，且在壓力作用下Eu 離子價(jià)態(tài)會(huì)發(fā)生變化，因此EuFe2As2是研究磁性、價(jià)態(tài)與超導(dǎo)電性之間關(guān)系的一個(gè)獨(dú)特載體。Sun 等[113]對(duì)EuFe2As2、EuFe2As1.4P0.6以及EuFe1.715Co0.285As2進(jìn)行了常壓下Eu 離子的價(jià)態(tài)表征，發(fā)現(xiàn)只有在表現(xiàn)出超導(dǎo)電性的EuFe2As1.4P0.6中Eu 離子處于混合價(jià)態(tài)。在壓力作用下測(cè)量了EuFe2As2的Eu 離子吸收譜，發(fā)現(xiàn)Eu 離子的平均價(jià)態(tài)隨壓力的升高而升高，EuFe2As2出現(xiàn)超導(dǎo)的壓力附近Eu 離子的平均價(jià)態(tài)與常壓超導(dǎo)的EuFe2As1.4P0.6中Eu 離子的平均價(jià)態(tài)接近，表明EuFe2As2經(jīng)壓力誘導(dǎo)產(chǎn)生的超導(dǎo)電性與Eu 離子價(jià)態(tài)之間可能存在一定的關(guān)聯(lián)。Guo 等[114]對(duì)常壓下超導(dǎo)與磁性共存的EuFe2(As0.81P0.19)2進(jìn)行了高壓研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Tc高于Eu 的磁有序溫度時(shí)，超導(dǎo)與磁性可以共存，當(dāng)Tc低于Eu 的磁有序溫度時(shí)，超導(dǎo)被抑制，表明系統(tǒng)中產(chǎn)生超導(dǎo)電性的磁性導(dǎo)電層和磁性插層對(duì)超導(dǎo)態(tài)有不同的影響。壓力作用下Eu 離子價(jià)態(tài)的升高有助于Eu 離子插層從一種磁性到另一種鐵磁性（FM）的轉(zhuǎn)變，但是不利于樣品超導(dǎo)電性的穩(wěn)定。這些研究結(jié)果豐富了人們對(duì)磁性插層、價(jià)態(tài)變化以及超導(dǎo)之間相互作用的認(rèn)識(shí)。

3.2 新型鐵硒基超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性調(diào)制和壓力誘發(fā)的超導(dǎo)再進(jìn)入

2008 年Hsu 等[115]發(fā)現(xiàn)FeSe1-δ在溫度為8 K 時(shí)具有超導(dǎo)電性。FeSe1-δ的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且物性豐富，引起了人們的廣泛關(guān)注。在90 K 附近，F(xiàn)eSe1-δ發(fā)生四方-正交結(jié)構(gòu)相變，造成晶體結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性破缺，形成電子向列序。在壓力作用下，F(xiàn)eSe1-δ的Tc快速升高，如壓力為8.9 GPa 時(shí)Tc達(dá)到約37 K[116]。Sun 等[117]在FeSe1-δ的高壓研究中發(fā)現(xiàn)，隨著壓力的升高，結(jié)構(gòu)相變（電子向列序）溫度逐漸降低，在壓力1.5 GPa、溫度20 K 附近開始出現(xiàn)壓力誘導(dǎo)的長(zhǎng)程磁有序。之后電子向列序消失，磁有序溫度先升高后降低，形成穹頂（dome）形。壓力下各種態(tài)的演化顯示出電子向列序、磁有序和超導(dǎo)相之間為相互競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系。高溫超導(dǎo)緊鄰長(zhǎng)程磁有序，暗示臨界自旋漲落對(duì)實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)電性具有重要作用。雖然滿足化學(xué)計(jì)量比的FeSe 與FeTe 都沒有超導(dǎo)電性，但是通過Te 對(duì)Se 的化學(xué)等價(jià)摻雜發(fā)現(xiàn)，在Te 的摻雜含量為50%附近，F(xiàn)eSe0.5Te0.5的Tc可提高到15 K[118]。研究表明，F(xiàn)eTe0.55Se0.45有可能是一種拓?fù)涑瑢?dǎo)體[119]。Lin 等[120]對(duì)FeTe0.55Se0.45單晶樣品的高壓研究表明，壓力下該材料的非平庸超導(dǎo)態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)以及費(fèi)米面重構(gòu)有密切關(guān)系。這些研究為理解拓?fù)涑瑢?dǎo)體的超導(dǎo)電性、電子結(jié)構(gòu)以及晶體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系提供了實(shí)驗(yàn)信息。

2010 年，Guo 等[121]和Fang 等[122-123]研究發(fā)現(xiàn)，新型鐵硒基超導(dǎo)體A2Fe4Se5（A=K, Rb, Cs, Tl/K,Tl/Rb）的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度在32 K 左右，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有微觀尺度的相分離[124-131]。Sun 等[132]在新型鐵硒基超導(dǎo)體的高壓輸運(yùn)和交流磁化率研究中發(fā)現(xiàn)：這類超導(dǎo)體的Tc隨著壓力的升高逐漸降低，直至消失；當(dāng)壓力高于10 GPa 時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入第2 個(gè)超導(dǎo)態(tài)，壓致超導(dǎo)相的最高Tc達(dá)到48.7 K，如圖8 所示。值得注意的是，第2 個(gè)超導(dǎo)相在第1 個(gè)超導(dǎo)相徹底消失后出現(xiàn)，意味著它們具有完全不同的微觀超導(dǎo)機(jī)制。進(jìn)一步研究表明，這類鐵硒基超導(dǎo)體的壓致超導(dǎo)現(xiàn)象具有一定的普遍性[133]。

圖8 Tl0.6Rb0.4Fe1.67Se2、K0.8Fe1.70Se2 和K0.8Fe1.78Se2 的壓力- Tc 相圖[132]Fig. 8 Pressure-Tc phase diagram for Tl0.6Rb0.4Fe1.67Se2,K0.8Fe1.70Se2 and K0.8Fe1.78Se2[132]

Guo 等[134]通過對(duì)新型鐵硒基超導(dǎo)體K0.8FeySe2的電輸運(yùn)和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的一系列高壓研究發(fā)現(xiàn)，在常壓超導(dǎo)相消失的臨界壓力下，擬合電阻曲線得到的指數(shù)α=1，表明該體系發(fā)生從金屬費(fèi)米液體行為到非費(fèi)米液體行為的轉(zhuǎn)變；同時(shí)Fe 空位有序造成的超晶格峰(110)被完全壓制，表明反鐵磁長(zhǎng)程有序也被壓力完全壓制，系統(tǒng)發(fā)生了由AFM 向順磁（PM）的轉(zhuǎn)變，如圖9 所示。該研究表明，臨界壓力下鐵硒基超導(dǎo)體產(chǎn)生了量子相變，后續(xù)的高壓中子散射實(shí)驗(yàn)[135]也證實(shí)了該觀點(diǎn)，推測(cè)壓力導(dǎo)致的量子相變驅(qū)動(dòng)超導(dǎo)再進(jìn)入。與此同時(shí)，常壓超導(dǎo)相和反鐵磁相在壓力作用下同時(shí)消失，說明兩者有緊密聯(lián)系，反鐵磁相對(duì)于穩(wěn)定常壓超導(dǎo)相具有重要作用，為理解該超導(dǎo)體系的超導(dǎo)機(jī)理提供了重要信息。

圖9 (a) K0.8FexSe2（x=1.70, 1.78）的Tc 和采用公式ρ= ρ0+ATa 擬合電阻-溫度曲線得到的指數(shù)α 隨壓力的演化，(b) K0.8Fe1.78Se2 在不同壓力下的X 射線衍射譜（波長(zhǎng)0.688 8 ?），(c) Fe 空位的超晶格峰的峰強(qiáng)隨壓力的變化[134]Fig. 9 (a) Pressure dependence of the superconducting transition temperature Tc, and the power α obtained from the fits by relation ρ= ρ0+ATa for K0.8FexSe2 (x=1.70, 1.78) single crystals; (b) X-ray diffraction patterns of K0.8Fe1.78Se2, performed with a wavelength of 0.688 8 ?; (c) intensity of the superstructure peak (110) of Fe vacancies as a function of pressure[134]

新型鐵硒基245 超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有微觀尺度的相分離[124-131]，產(chǎn)生絕緣相和超導(dǎo)相，其中絕緣相具有反鐵磁性，存在于鐵空位形成的超晶格基底中。研究該反鐵磁絕緣相與超導(dǎo)的關(guān)系對(duì)理解該體系的超導(dǎo)機(jī)理非常重要。Gao 等[136]對(duì)A2Fe4Se5（A=K, Tl/Rb）絕緣體系進(jìn)行了系統(tǒng)的高壓研究，發(fā)現(xiàn)在壓力下Mott 絕緣態(tài)被抑制的過程中出現(xiàn)一個(gè)中間金屬態(tài)，一直存在至10 GPa 左右，之后Mott 絕緣態(tài)被完全抑制，材料進(jìn)入金屬態(tài)，同時(shí)Fe 空位有序性被破壞。10 GPa 也是超導(dǎo)樣品的常壓超導(dǎo)相消失的壓力。相應(yīng)的理論計(jì)算表明，中間金屬態(tài)是連接絕緣相和常壓超導(dǎo)相的“橋梁”，絕緣態(tài)和中間金屬態(tài)的相互作用是超導(dǎo)產(chǎn)生的必要條件。Gu 等[133]針對(duì)Rb0.8Fe2-ySe2樣品，采用壓力和化學(xué)摻雜（部分Te 替代Se）雙調(diào)控方法，研究了調(diào)控演化過程中Fe 空位的作用，結(jié)果表明，化學(xué)摻雜可以破壞反鐵磁長(zhǎng)程序，但無法徹底消除Fe 空位序的存在，而外部壓力可以徹底摧毀Fe 空位序。Te 摻雜的Rb0.8Fe2-ySe2超導(dǎo)樣品在壓力下均顯現(xiàn)二次超導(dǎo)相。常壓下不超導(dǎo)的樣品在壓力下也沒有超導(dǎo)跡象，表明常壓超導(dǎo)相和二次超導(dǎo)相之間存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)。此外，在該體系超導(dǎo)體的超導(dǎo)態(tài)形成過程中磁有序依然扮演著十分重要的角色。

4 總 結(jié)

在非常規(guī)超導(dǎo)體中，高溫超導(dǎo)體具有廣闊的應(yīng)用前景，一直是凝聚態(tài)物理研究的前沿問題。人們通過壓力調(diào)控手段，已經(jīng)對(duì)重費(fèi)米子、鐵基和銅氧化物3 類非常規(guī)超導(dǎo)體進(jìn)行了廣泛的研究，獲得了很多重要成果。壓力作用下非常規(guī)超導(dǎo)系統(tǒng)呈現(xiàn)出豐富的物性，一方面啟示著人們對(duì)高溫超導(dǎo)機(jī)理的進(jìn)一步理解，另一方面也為新超導(dǎo)材料的探索提供了新線索。通過壓力調(diào)控，人們獲得了許多規(guī)律，并嘗試找出影響Tc的關(guān)鍵因素，例如：鐵基超導(dǎo)體中As—Fe—As 鍵角、陰離子As 相對(duì)于Fe 層的高度[137-138]，銅氧化物超導(dǎo)體中的Jahn-Teller 效應(yīng)[139]和CuO2面層數(shù)[10-12]等。超導(dǎo)單元的一些特征晶格參數(shù)被認(rèn)為是影響Tc的重要因素。雖然重費(fèi)米子超導(dǎo)體、鐵基超導(dǎo)體和銅氧化物超導(dǎo)體各具特點(diǎn)，但是同時(shí)也表現(xiàn)出一些共同的特征：超導(dǎo)電性往往出現(xiàn)在反鐵磁序被抑制的邊緣區(qū)域，表明自旋相互作用對(duì)非常規(guī)超導(dǎo)電性的形成非常重要。人們通過研究這3 類非常規(guī)超導(dǎo)體的共性，嘗試獲得破解高溫超導(dǎo)機(jī)理的鑰匙。研究發(fā)現(xiàn)，這3 類非常規(guī)超導(dǎo)體的自旋共振能與超導(dǎo)能隙成線性關(guān)系[140]。楊義峰等[3]總結(jié)了20 多種非常規(guī)超導(dǎo)體的反鐵磁交換作用與超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者存在普適的近似關(guān)聯(lián)特征，說明磁漲落強(qiáng)度對(duì)Tc有重要影響。然而，對(duì)于各種超導(dǎo)體的磁性與超導(dǎo)的普適關(guān)系仍未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，例如：有些材料的超導(dǎo)電性與反鐵磁性在微觀上可以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)或動(dòng)態(tài)共存的情形[99,112,114,141]，有些材料的超導(dǎo)相與磁有序之間可產(chǎn)生一級(jí)相變[96,108]。包括磁有序在內(nèi)的各種有序態(tài)與超導(dǎo)的關(guān)聯(lián)性，尤其是影響Tc的關(guān)鍵因素，仍是亟待解決的關(guān)鍵問題，也是超導(dǎo)新材料探索的主要屏障。利用壓力等綜合極端調(diào)控手段，結(jié)合高精度的測(cè)量方法，對(duì)非常規(guī)超導(dǎo)材料的多種有序態(tài)的物性及其演化規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)表征，對(duì)于深入理解超導(dǎo)體中載流子的電荷、自旋、軌道、晶格等各種自由度及其相互作用具有重要意義，可為理解非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)理及相關(guān)關(guān)鍵問題提供新的研究方法和思路。壓力合并摻雜、磁場(chǎng)等維度下的研究，有望描繪出完整統(tǒng)一的非常規(guī)超導(dǎo)電性的物理圖像。建立非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)理的統(tǒng)一理解是最終目標(biāo)，統(tǒng)一的非常規(guī)超導(dǎo)理論應(yīng)該能自洽地回答下列問題：(1) 重費(fèi)米子超導(dǎo)體中產(chǎn)生磁性的電子與產(chǎn)生超導(dǎo)的電子之間的關(guān)系，以及為什么重費(fèi)米子超導(dǎo)材料的Tc普遍較低；(2) 銅氧化物超導(dǎo)體的Tc為什么較高，影響Tc的主要因素是什么；(3) 3 類非常規(guī)超導(dǎo)體中均存在磁有序與超導(dǎo)的相互作用，磁性量子相變與超導(dǎo)電性的關(guān)系是什么，磁漲落對(duì)超導(dǎo)電性的貢獻(xiàn)是什么。這些問題需要更加深入的實(shí)驗(yàn)和理論研究。

感謝本綜述涉及的與本課題組聯(lián)合發(fā)表成果的合作者（按姓氏拼音排序）：陳根富研究員、陳仙輝院士、陳曉嘉教授、陳小龍研究員、戴希教授、方明虎教授、馮濟(jì)教授、顧根大教授、郭建剛研究員、胡江平研究員、黃清鎮(zhèn)教授、J. D. Thompson 教授、Katsuya Shimizu 教授、林成天教授、李建奇研究員、毛河光院士、毛志強(qiáng)教授、Ni Ni 教授、俞榕教授、斯其苗教授、孫培杰研究員、Vladimir Sidorov 教授、吳奇研究員、王霖研究員、向濤院士、楊義峰研究員、衣瑋副研究員、周興江研究員、張廣銘教授、趙忠賢院士等，他們?cè)谙嚓P(guān)研究中做出了重要貢獻(xiàn)！感謝上海光源、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所同步輻射裝置及合肥強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)行團(tuán)隊(duì)，他們?yōu)楸菊n題組在大科學(xué)裝置上開展高壓實(shí)驗(yàn)提供了有力的設(shè)備保障和技術(shù)支持！