We performed high-field magnetotransport and magnetization measurements on a single crystal of the 122-phase iron pnictide Ba(Fe1−xCox)2As2. Unlike the high-temperature superconductor cuprates and 1111-phase oxypnictides, Ba(Fe1−xCox)2As2 showed practically no broadening of the resistive transitions under magnetic fields up to 45 T. We report the temperature dependencies of the upper critical field Hc2 both parallel and perpendicular to the c-axis, the irreversibility field Hirrc(T), and a rather unusual symmetric volume pinning force curve Fp(H) suggestive of a strong pinning nanostructure. The anisotropy parameter γ=Hc2ab/Hc2c deduced from the slopes of dHc2ab/dT=4.9 T/K and dHc2c/dT=2.5 T/K decreases from ∼2 near Tc, to ∼1.5 at lower temperatures, much smaller than γ for 1111pnictides and high-Tc cuprates.

Iron with a large magnetic moment was widely believed to be harmful to the emergence of superconductivity because of the competition between the static ordering of electron spins and the dynamic formation of electron pairs (Cooper pairs). Thus, the discovery of a high critical temperature (Tc) iron-based superconductor (IBSC) in 2008 was accepted with surprise in the condensed matter community and rekindled extensive study globally. IBSCs have since grown to become a new class of high-Tc superconductors next to the high-Tc cuprates discovered in 1986. The rapid research progress in the science and technology of IBSCs over the past decade has resulted in the accumulation of a vast amount of knowledge on IBSC materials, mechanisms, properties, and applications with the publication of more than several tens of thousands of papers. This article reviews recent progress in the technical applications (bulk magnets, thin films, and wires) of IBSCs in addition to their fundamental material characteristics. Highlights of their applications include high-field bulk magnets workable at 15-25 K, thin films with high critical current density (Jc) > 1 MA/cm2 at ~10 T and 4 K, and an average Jc of 1.3*104 A/cm2 at 10 T and 4 K achieved for a 100-m-class-length wire. These achievements are based on the intrinsically advantageous properties of IBSCs such as the higher crystallographic symmetry of the superconducting phase, higher critical magnetic field, and larger critical grain boundary angle to maintain high Jc. These properties also make IBSCs promising for applications using high magnetic fields.

Less than two years after the discovery of high temperature superconductivity in oxypnictide LaFeAs(O,F) several families of superconductors based on Fe layers (1111, 122, 11, 111) are available. They share several characteristics with cuprate superconductors that compromise easy applications, such as the layered structure, the small coherence length, and unconventional pairing, On the other hand the Fe-based superconductors have metallic parent compounds, and their electronic anisotropy is generally smaller and does not strongly depend on the level of doping, the supposed order parameter symmetry is s wave, thus in principle not so detrimental to current transmission across grain boundaries. From the application point of view, the main efforts are still devoted to investigate the superconducting properties, to distinguish intrinsic from extrinsic behaviours and to compare the different families in order to identify which one is the fittest for the quest for better and more practical superconductors. The 1111 family shows the highest Tc, huge but also the most anisotropic upper critical field and in-field, fan-shaped resistive transitions reminiscent of those of cuprates, while the 122 family is much less anisotropic with sharper resistive transitions as in low temperature superconductors, but with about half the Tc of the 1111 compounds. An overview of the main superconducting properties relevant to applications will be presented. Upper critical field, electronic anisotropy parameter, intragranular and intergranular critical current density will be discussed and compared, where possible, across the Fe-based superconductor families.

Abstract Iron-based high-temperature (high- T c ) superconductors have good potential to serve as materials in next-generation superstrength quasipermanent magnets owing to their distinctive topological and superconducting properties. However, their unconventional high- T c superconductivity paradoxically associates with anisotropic pairing and short coherence lengths, causing challenges by inhibiting supercurrent transport at grain boundaries in polycrystalline materials. In this study, we employ machine learning to manipulate intricate polycrystalline microstructures through a process design that integrates researcher- and data-driven approaches via tailored software. Our approach results in a bulk Ba 0.6 K 0.4 Fe 2 As 2 permanent magnet with a magnetic field that is 2.7 times stronger than that previously reported. Additionally, we demonstrate magnetic field stability exceeding 0.1 ppm/h for a practical 1.5 T permanent magnet, which is a vital aspect of medical magnetic resonance imaging. Nanostructural analysis reveals contrasting outcomes from data- and researcher-driven processes, showing that high-density defects and bipolarized grain boundary spacing distributions are primary contributors to the magnet’s exceptional strength and stability.

Abstract Superconducting magnets based on high-temperature superconductors (HTSs) have become critical components in cutting-edge technologies such as advanced medical applications. In HTSs, weak links of superconductivity are inevitable at high-angle grain boundaries (GBs). Thus, two adjacent grains should be crystallographically aligned within the critical angle ( θ c ), for which the intergrain critical current density ( J c ) starts to decrease exponentially. The θ c of several iron-based superconductors (IBSs) is larger than that of cuprates. However, the decreases in both θ c and intergrain J c under magnetic fields for IBSs are still substantial, hampering their applications in polycrystalline forms. Here, we report that potassium-doped BaFe 2 As 2 (Ba122:K) exhibits superior GB performance to that of previously reported IBSs. A transport J c of over 0.1 MA/cm 2 across [001]-tilt GBs with misorientation angles up to θ GB = 24° was recorded even at 28 K, which is a required level for practical applications. Additionally, even in an applied magnetic field, θ c was unaltered, and the decay of the intergrain J c was small. Our results highlight the exceptional potential of Ba122:K for polycrystalline applications and pave the way for next-generation superconducting magnets.