新型铁基超导体高压研究获进展

2010年发现的新型铁基硫族化合物超导体A_1-xFe_2-ySe₂ (其中 A = K, Rb 或 Cs, 及部分替代的Tl)为非常规超导体的研究探索开辟了新的研究方向和提供了新的机遇。这类超导体在常压下的超导转变温度约为32K，中子散射研究结果表明，这类超导样品具有很强的反铁磁磁距并在铁离子的正方型格子中存在铁离子有规律的缺位。为何这样高临界温度的超导电性能够在如此强的磁背景中存在，以及反铁磁和铁离子有规律的空位如何对超导电性产生影响等问题倍受关注。大量的理论和实验研究结果表明，对于关联电子系统中的超导电性是由其晶体结构、电荷、轨道和自旋的状态及其相互作用所决定的，而这些因素对超导电性的影响可以通过外部参数的改变，如施加压力、磁场等进行调控。其中，压力是一种“干净”和有效的调控方法。它的独特之处在于不用改变研究系统的化学构成就能实现对系统的电子结构和晶体结构及其相关合作现象的有效调控，从而揭示其内在的物理机制。比如，利用压力手段可以改变电子密度、电子轨道的杂化等，由此导致许多重要物理现象，如金属－绝缘体相变、价态变化、超导相的出现等。最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）超导实验室赵忠贤院士课题组孙力玲研究员和博士生郭静、高佩雯及其合作者与美国卡内基研究院地球物理实验室毛和光院士、陈晓嘉博士等合作，利用自行研制的高压－低温－磁场联合测试系统对这类新型铁基硫族化合物超导体进行了系统的高压下原位电阻，交流磁化率研究。发现这类超导体的超导转变温度在压力小于10 GPa （1GPa＝1万大气压）时随着压力的升高而逐渐降低，直至消失；而当压力高于10 GPa，系统出乎意料地进入了一个新的超导态。这个由压力诱发的第二个超导相的超导转变温度高达48K，远远高于常压及低压下的第一个超导相的转变温度，是已有报导的铁基硫族化合物超导体家族中超导转变温度最高的。在上海光源和美国阿贡同步辐射光源进行的原位高压结构分析结果表明，在该研究所采用的压力范围内并未发生晶体结构的变化，该项研究所发现的同结构下由压力调控的超导电性的消失和随后的超导电性的再现现象在铜氧化物和铁基高温超导体中均未曾发现过，因此，这一结果不仅对理解这类新型铁基硫族化合物超导体的超导机制和探索新的超导体提供了启迪，同时，也为进一步开展高温超导体超导机理的研究提出了新的研究内容。该项研究结果发表在Nature 483, 67–69 (01 March 2012)。此前， Nature网站的新闻专栏对该项成果进行了专题报导。该项研究采用的样品分别由浙江大学方明虎教授、物理所陈小龙研究员和陈根富研究员提供。上述研究工作得到国家自然科学基金委、科技部和中国科学院相关项目的资助。（来源：中国科学院物理研究所）