原文出自 Materials 期刊：

Wong, C.H.; Lortz, R. Preliminary Tc Calculations for Iron-Based Superconductivity in NaFeAs, LiFeAs, FeSe and Nanostructured FeSe/SrTiO3 Superconductors. Materials 2023, 16, 4674.https://doi.org/10.3390/ma16134674

研究背景

高温超导体十分重要，它们可以开发更高效、更强大的能源技术，也可被用于制造零电阻的设备，使它们能够在不损失能量的情况下导电。这一特性使得它们非常适合输电线路、磁悬浮列车和高速计算系统等应用。此外，高温超导体在医学成像和量子计算方面也有潜在的应用。高温超导体家族之一的铁基超导体自 2008 年被发现以来一直是一个热门研究领域。在 FeSe/SrTiO₃ 薄膜中观察到的超导转变温度已被发现高达 100 K。尽管在了解这些材料的物理性质方面取得了重大进展，但迄今为止，铁基超导体的超导转变温度 (Superconducting Transition Temperature, T_c) 的理论计算尚未成功。这主要是由于这些材料中存在的电子结构的复杂性和强电子-电子关联性。

基于此，来自香港理工大学和香港科技大学的黄志豪博士以及来自香港科技大学的洛鹤夫 (Rolf Lortz) 教授开发出一种可以高精度计算多种铁基超导体 (块状 FeSe、LiFeAs、NaFeAs 和 FeSe/SrTiO₃ 薄膜) T_c 的新模型，相关研究已被发表在 Materials 期刊上。该模型对铁基材料超导性的研究做出了重大贡献。

研究过程与结果

尽管费米面上的反铁磁增强电子声子耦合无法产生如此高的 T_c 值，研究人员创建了双通道模型来调出反铁磁涨落下源自面外声子的隐藏感应 xy 电势 (缩写为 Coh 因子)，以细化电子-声子耦合的计算。此外，该模型基于 ARPES 数据，考虑参与铁基超导性的所有相关电子 (缩写为 ARPES 因子)，而不是仅仅关注费米能级的相互作用。研究人员利用 ARPES 的实验数据计算了超导体中所有相关电子，并且考虑了位于 𝐸𝐹-𝐸𝐷𝑒𝑏𝑦𝑒 和 𝐸_𝐹 之间的能量范围 (德拜能量：𝐸𝐷𝑒𝑏𝑦𝑒；费米能量：𝐸_𝐹)。基于该方法，ARPES 因子和 Coh 因子在修补上述材料的理论 T_c 值与实验 T_c 值之间的差异迈出了一大步。这种方法使他们的模型能够合理地预测块状 LiFeAs、NaFeAs、FeSe 的超导转变温度作为压力的函数，如图 1a~c 所示。然而，只有考虑 FeSe 和 SrTiO₃ 之间的界面声子效应 (将声子与铁基超导性间接连接) 时，研究人员才能计算出最高 T_c IBSC 材料 FeSe/SrTiO₃ (~100 K)，各因子效应显示在图 1d 中。目前研究人员仍在完善该模型，以检验该模型是否是铁基超导体统一理论中不可或缺的课题。

图 1. (a) NaFeAs、(b) LiFeAs 和 (c) FeSe 的理论和实验 T_c 值是一致的；(d) 将 FeSe 单层薄膜沉积在 SrTiO₃ 单层上以形成复合材料。理论和实验 T_c 的偏移仅为 100-91=9 K。

研究总结

本研究的模型成功地表明，当所有相关传导电子与铁基超导体中的局域 Fe 矩相互作用时，超导性与局域涨落反铁磁性的共存以及感应 xy 电势可以导致电子-声子耦合巨大增加，这足以预测所研究的铁基超导体的高 T_c 值。通过将该模型应用于 SrTiO₃ 基底上的单层 FeSe，研究人员得出结论：界面声子对于解释高温超导性至关重要。

Materials 期刊介绍

主编：Maryam Tabrizian, McGill University, Canada

主要关注材料科学与工程研究相关各个领域的最新研究成果，包括但不限于高分子、纳米材料，能源材料、复合材料、碳材料、多孔材料、生物材料、建筑材料、陶瓷、金属等，以及材料物理化学、催化、腐蚀、光电应用、结构分析和表征，建模等。

2022 Impact Factor：3.4

2022 CiteScore：5.2

Time to First Decision：15.3 Days

Time to Publication：38 Days