鐵基磷族化合物超導(dǎo)體高壓研究獲進(jìn)展

近年來，科學(xué)家們?cè)谛碌蔫F基超導(dǎo)體的探索和對(duì)其超導(dǎo)機(jī)理的研究方面取得了卓有成效的進(jìn)步。Ca10(PtnAs8)(Fe2As2)5(n=3, 4)是一種新型的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鐵基磷族化合物超導(dǎo)體，其晶體結(jié)構(gòu)可描述為在CaFe2As2晶格中交替用PtnAs8中間層(被成為方鈷礦層)來置換Fe2As2層，即在一個(gè)晶胞中以Ca-PtnAs8-Ca-Fe2As2復(fù)雜的層狀形式堆垛而成。這類化合物有兩類不同的中間層，其相應(yīng)的物理性能也明顯不同。當(dāng)中間層為Pt3As8時(shí)，未摻雜的Ca10(Pt3As8)(Fe2As2)5化合物為反鐵磁半導(dǎo)體，用Pt部份替代其FeAs層中的Fe，可使其出現(xiàn)超導(dǎo)電性。當(dāng)中間層為Pt4As8時(shí)，與大多數(shù)其它鐵基磷族超導(dǎo)體類似，在常壓下表現(xiàn)出金屬特性，并在26K溫度下出現(xiàn)超導(dǎo)電性。由于Ca10(Pt3As8)(Fe2As2)5化合物具有獨(dú)特的半導(dǎo)體特性的中間層使其在已有報(bào)導(dǎo)的鐵基超導(dǎo)體中占有特殊的地位。另外，其構(gòu)成為電荷庫(kù)層和導(dǎo)電層，這使其可能會(huì)成為一種聯(lián)接銅氧化物和磷族鐵基超導(dǎo)體的理想化合物，為高溫超導(dǎo)體的研究提供了新的實(shí)驗(yàn)體系。

為研究這種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)化合物在高壓下可能表現(xiàn)出的豐富物理行為，中科院物理研究所超導(dǎo)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙忠賢院士團(tuán)隊(duì)的孫力玲研究員和博士生高佩雯等與美國(guó)普林斯頓大學(xué)R.J.Cava 教授和N. Ni 博士合作，通過高壓原位電阻、交流磁化率、霍爾測(cè)量及同步輻射X射線結(jié)構(gòu)分析等綜合實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)這類化合物進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。發(fā)現(xiàn)壓力在有效抑制樣品中的反鐵磁長(zhǎng)程序后，導(dǎo)致了超導(dǎo)電性的出現(xiàn)。獲得的溫度-壓力相圖清楚的顯示在3.5～7 GPa壓力范圍有一拱形的超導(dǎo)區(qū)域，其最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為8.5 K，出現(xiàn)在4.1 GPa處。高壓原位同步輻射結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，在本研究的壓力范圍內(nèi)沒有結(jié)構(gòu)相變的產(chǎn)生。對(duì)比溫度-壓力電子相圖和Fe位摻Pt的溫度-摻雜電子相圖，可以看出兩者之間有明顯的相似和不同。在4.1 GPa以內(nèi)，壓力和電子摻雜對(duì)體系的反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度、超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的影響十分相似，然而在更高壓力下，壓力對(duì)該系統(tǒng)的 TC隨壓力變化關(guān)系與電子摻雜的變化關(guān)系完全不同，表明兩種途徑誘發(fā)超導(dǎo)電性的直接起因不同。另外，這類化合物的電子相圖中不存在反鐵磁和超導(dǎo)共存的兩相區(qū)，這與其他已知的鐵基磷族化合物122型超導(dǎo)體不同。高壓原位霍爾測(cè)量結(jié)果表明，壓力導(dǎo)致電子從電荷庫(kù)層到鐵砷層的轉(zhuǎn)移，為實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電性提供了載流子。值得注意的是，摻雜和壓力下其載流子都為電子型的，對(duì)這兩類超導(dǎo)相圖的對(duì)比顯示在一定的壓力和摻雜范圍內(nèi)其對(duì)反鐵磁的抑制和對(duì)超導(dǎo)電性的誘發(fā)作用是類似的，但在更高的壓力和摻雜比例下則完全不同。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果為進(jìn)一步深入開展對(duì)鐵基超導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)和理論研究提供了重要的信息。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在近期《先進(jìn)材料》雜志上(Advanced Materials，2014，26：2 346-2 351)。