物理所合作發現Cr基化合物超導體

　　3d族過渡金屬化合物具有非常豐富的量子態和新奇量子現象，如磁有序、巨磁電阻、自旋和電荷密度波、金屬-絕緣體相變、多鐵性、超導等。這些性質中，銅基和鐵基出現的非常規高溫超導電性是凝聚態物理的核心研究內容之一。目前，在元素周期表上的3d元素中，除Cr和Mn外，所有其它元素都存在超導的化合物。探索Cr和Mn基的化合物超導材料，特別是非常規超導電性是長期以來超導材料和超導物理研究的重要內容。

　　最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）極端條件物理實驗室雒建林研究組、程金光研究組、靳常青研究組和日本東京大學的Yoshiya Uwatoko教授等合作，發現CrAs在高壓下超導，實現了Cr基化合物的第一個超導體，同時發現其正常態具有非費米液體行為，可能是非常規超導電性。這一工作發表在Nature Communications, 5, 5508 (2014)。

　　CrAs具有MnP型的正交晶體結構，在270K時發生雙螺線型的反鐵磁有序相變，同時伴隨著晶體結構相變。2010年雒建林研究組吳偉等在國際上首次成功制備出了CrAs單晶后[2]，開始開展高壓下的物性研究和可能的超導電性探索。2012年底，與靳常青組孔盼盼合作在金剛石對頂的加壓裝置中發現超導跡象。后來經過程金光研究員等改善高壓測量手段以及吳偉等提高單晶樣品質量，終于觀測到零電阻和抗磁性，證實了CrAs的超導電性。同時發現在最佳壓力附近，正常態電阻率表現出非費米液體行為。現有多個實驗證據表明CrAs具有非常規超導電性: 首先其溫度-壓力相圖顯示體超導電性出現在反鐵磁序被壓制后，這與銅基、鐵基和重費米子超導體具有非常類似的相圖，是典型非常規超導電性的特征，意味著反鐵磁漲落可能是超導配對的原因。其次，研究人員發現CrAs的超導和樣品的品質有非常大的關系，只有當電子平均自由程大于超導相干長度時才實現零電阻超導，這也是重費米子等非常規超導體的重要特征。另外，CrAs的中子散射實驗和NQR實驗均表明磁漲落可能是超導配對的原因。上述結果均揭示出CrAs不但是Cr基化合物的第一個超導體，同時也是一個非常規超導體。進一步研究它的超導配對對稱性、超導機理，對在Cr基材料中探索新的非常規超導體、甚至高溫超導體具有重要意義。

　　該工作得到國家自然科學基金委員會、科技部和中國科學院B類先導專項的支持。

　　[1] W. Wei, et al. Superconductivity in the vicinity of antiferromagnetic order in CrAs, Nat. Commun. 5, 5508(2014)

　　[2] W. Wei, et al. Low temperature properties of pnictide CrAs single crystal. Sci. China Phys. Mech. Astron. 53, 1207 (2010)