《表1 几个铁磁超导体的基本超导及铁磁性质的参数》

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《重费米子超导》

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铁磁超导体在重费米子超导体中是最为特殊的一类材料。这一类材料主要是含U的化合物，包括UGe2、URh Ge、UCo Ge、UIr、U2Pt C2以及最新发现的UTe2。与含4f电子的重费米子超导体相比，5f电子更加巡游。在这些材料中，5f电子可以同时参与铁磁耦合、近藤晶格以及库珀对的形成。5f电子的参与使得这些材料表现出一些独特的性质，比如费米面附近的准粒子有效质量普遍较高（～20m0），材料中的铁磁耦合来源于巡游f电子，铁磁序具有Ising类型等。基于这些特性，此类材料的超导性质也非常特别，比如，超导与铁磁涨落关系密切甚至可以与铁磁序共存，上临界磁场很大且具有很强的各向异性（图4）。自2000然铁磁长程序会抑制超导，但是铁磁涨落会明显促进超导配对，这一点在UCo Ge中表现地尤为明显。强磁场下，除了Tc，UCo Ge的电子有效质量m*也具有和Tc一致的各向异性甚至磁场依赖关系[20]。这些依赖关系深刻地表明了近藤晶格中的量子临界行为对超导的促进作用，表1直观地反映出了这一点。基于这一关系，一个很自然的假设就是，如果一个U基材料恰好位于铁磁量子临界点上，那么其居里温度降到绝对零度附近，铁磁涨落得到增强，最终导致Tc和m*都增加。这一方向成了研究铁磁超导的一个努力目标。最终，2018年马里兰大学的冉升及Nicholas Butch等人观察到了UTe2同时具有铁磁量子临界点及超导电性[21]，而且Tc达到了1.65 K，如图4（d）所示。由于UTe2具有铁磁超导体的几乎所有独特性质，并且每个性质都表现得很抢眼，因此下面以UTe2为例，进一步讨论U基铁磁超导体的魅力。年以来，这些材料被相继发现以后，它们在强磁场下的行为就引起了极大的关注，这也是研究它们超导电性的一个切入点。我们知道，当磁场强到将电子自旋极化到一个方向时，自旋单态的配对模式就难以发生，经验值为1.86Tc，也称为泡利极限。但是很明显，这一机理对自旋方向平行排列的自旋三重态超导体不成立。这些U基材料可以在远高于泡利极限的磁场下依然保持超导，这一现象成为了自旋三重态配对的一个最直观的证据。随后的NMR实验也基本佐证了这一观点[20]。但是受限于材料的Tc，对这些材料的超导序参量的研究一直没有定论。可以确定的是，虽