物理所鉀鐵硒體系超導相研究取得新進展

發布時間：2013-03-07 17:27 原文鏈接：物理所鉀鐵硒體系超導相研究取得新進展

　　繼超導轉變溫度為30K的K0.8Fe2Se2【Phys. Rev. B 82, 182520 (R) (2010)】被首次報道后，性質類似的同構超導體AxFe2-ySe2(A=Cs，Rb，Tl/Rb，Tl/K)相繼被合成。眾多實驗手段證實在該系列超導體中普遍存在相分離：鐵空位有序導致的反鐵磁主相A2Fe4Se5(245相)與超導相共存。245相為絕緣相，不具有超導性。

　　目前，超導相被普遍認為是從AxFe2-ySe2中析出的鑲嵌在245基體相中的條紋相，其相含量通常很低，約為10-20%。這些超導相與BaFe2As2同構，可以用化學式AxFe2Se2(x=0.3-1.0)表示，但報道的x值差異較大。截至目前，采用Bridgman方法或其它高溫方法獲得純超導相的各種嘗試均未成功。除30K超導轉變以外，44K超導轉變也時常在部分樣品中被觀察到，使問題更為復雜化。由于所謂AxFe2-ySe2“單晶”樣品主相是245相，超導相含量很低，因此之前的物性報道是有待商榷的。為了澄清此類超導體特殊的電子結構并研究其本征物性，獲得其純超導相或真正的單晶成為當務之急。

　　2012年中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)先進材料實驗室功能晶體研究與應用中心博士生應天平、陳小龍研究員等首創采用液氨法在室溫下將堿金屬Li，Na，堿土金屬Ca，Sr，Ba和稀土元素Eu, Yb等插入FeSe層，制備出了常規高溫方法無法獲得的AxFe2Se2(A=Li，Na，Ca，Sr，Ba，Eu，Yb)系列超導體，其最高超導起始轉變溫度達46K【Sci. Rep. 2, 426 (2012)】。最近，他們在此基礎上，將液氨法成功用于精確調控堿金屬的摻雜量和抑制相分離，發現鉀插層FeSe化合物中至少存在兩個具有完整FeSe層的ThCr2Si2結構超導相：K0.3Fe2Se2(NH3)0.47對應于44 K相，K0.6Fe2Se2(NH3)0.37對應于30 K相，其超導轉變溫度主要取決于鉀的含量。

　　有趣的是，只有特定濃度的鉀摻雜才能穩定KxFe2Se2結構，其超導轉變溫度隨鉀摻雜量的變化不連續，不同于銅基或鐵砷基超導體呈現的“dome”形狀。進一步研究發現，44 K超導相在提高鉀摻雜量后會轉變為30 K超導相，據此判斷30 K相是過摻雜的。更重要的是，氨脫除實驗表明，氨只對晶格常數有影響，對超導轉變幾乎沒有影響。因此，上述結論也完全適用于K0.3Fe2Se2和K0.6Fe2Se2超導體。該工作澄清了鉀鐵硒體系中超導相的成分和結構，為今后進一步的研究奠定了基礎，結果發表于近期出版的Journal of the American Chemical Society【J. Am. Chem. Soc. 135, 2951-2954 (2013)】上。

　　該工作得到了國家自然科學基金重點項目和中國科學院知識創新工程重要方向性項目的支持。