随着对铁基高温超导不断的深入研究,人们认识到现在主要有基于弱耦合和强耦合两种理论图像来解释铁基超导体可能存在的S±配对。凝聚能是正常态和超导体基态的能量差。在传统BCS超导理论中,超导电性是由于Cooper对的凝聚行程,而费米面上面自旋和动量相反的电子通过交换一个声子产生对散射,从而形成Copper对。而系统在配对过程中降低的能量是超导的凝聚能。通过BCS理论计算,我们可以得到超导凝聚能U0BCSTc2。这个关系在铁基超导体中是否适用仍然未知。

南京大学物理学院闻海虎教授小组的邢捷同学其他合作者通过对他们自己测量的10个样品的比热以及其他小组已经发表的文章数据进行分析,利用两种不同的方法得到凝聚能U0intU0cal。两种方法得到的凝聚能均满足与Tc的幂函数关系U0Tcn(如图1)。这里发现幂函数指数大约为3-4, 而不是BCS理论预言的2,这个关系与传统BCS理论得到的结果非常不同。

图1. 超导凝聚能和超导转变温度Tc的关系,虚线是U0Tc3.5

图2. 122系统中U0/Tc2γneff随着掺杂的变化关系。

随后,他们重点研究了铁基超导体122体系的凝聚能和正常态比热系数γneff随化学掺杂量的关系(如图2),发现无论是电子掺杂还是空穴掺杂,凝聚能和γneff都在最佳掺杂处达到最大值,同时随着偏离最佳掺杂位置而降低。 这种现象与BCS理论和LDA计算的结果相矛盾。他们提出用量子临界的理论来解释这个现象。 可能是由于最佳掺杂附近QCP出现导致有效质量显著增加造成的。这个结果对铁基高温超导机理有一定启示作用。有关结果发表在PHYSICAL REVIEW B 89, 140503 (R) (2014)上。