2013年 第期 总第10期
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人民大学将FeSe基插层材料超导转变温度提升至44K

张清明 研究组 供稿 2013-03-26


近日,中国人民大学物理学系张清明教授研究组与夏天龙副教授和刘凯博士合作,使用多种实验手段结合第一性原理计算方法确定了一种超导转变温度为44K的钾铁硒超导化合物结构,并给出了该类化合物超导转变温度与Fe-Se层间距的关系。相关研究结果发表在Nature出版集团的Scientific Reports 3, 1216 (2013)上。

随着2008年新型铁基高温超导体的发现,凝聚态物理界再次掀起了高温超导研究的热潮。在众多铁基高温超导材料中,因不含有毒元素和晶体结构简单等特点,FeSe类超导体引起了人们极大的研究兴趣。FeSe类超导体有诸多特点:1、其磁性有别于FeAs类超导体;2、其母体即有8 K的超导转变温度且对压力敏感;3、AxFe2-ySe2(A=K、Rb、Cs、Tl)化合物都具有约30 K的超导温度且对杂质不敏感。

虽然FeSe类超导体中的这些物理现象有望成为揭开铁基超导谜团的钥匙,但因Se较为活泼,导致其结构稳定性较差并有较严重的相分离现象。这为确定其超导相图带来了较大困难,特别是有些样品中存在的二次转折现象,使得这类材料的本征物性变得更加扑朔迷离。

为了准确的确定这类材料中结构和物性的关系,人民大学张清明教授研究组、夏天龙副教授和刘凯博士等使用变温电阻和磁化率测量得出了其基本的输运性质。利用这些数据对电子自旋共振(ESR)数据(如右图)进行拟合后,他们发现该材料在44 K处的转变是一个新的超导相变且与30 K超导相不是同一相。随后,利用拉曼散射、X射线衍射、电子能谱(SEM-EDS)等实验手段得出了该新超导相的化学配比和结构信息。结合这些实验数据,第一性原理计算准确地确定了该44 K新超导相的几何结构,得出了FeSe基超导体中超导转变温度Tc随FeSe层间距增加而单调增大的关系。

这一工作得到了FeSe体系在常压下44K的超导转变温度,突破了该体系原有30K的转变温度极限。该工作也预示着FeSe体系在高温超导体机理探索中具有较大潜力,为今后的实验和理论探索指出了一个可能的方向。

 

本工作受到了如下基金的资助

 

 
国家自然科学基金

11174367, 11034012, 

11004245

科技

2011CBA00112

2012CB921701


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