物理所在鑭氧鐵砷中發現新的高溫超導相

文章來源：物理研究所    發布時間：2015-09-29  

在過去的一個世紀里，超導（特別是高溫超導）吸引了無數的物理學家和材料學家的興趣。這不僅因為超導現象所包含的物理豐富，而且因為其在工業上的應用前景廣闊且逐漸步入人們的日常生活。目前發現的高溫超導體有兩大家族，一是銅氧化物，另一是鐵基化合物。共同的特點是，高溫超導都是出現在反鐵磁有序態附近的。因此，很多人認為，磁（自旋）漲落促使了這些材料中的電子配對。長期以來，高溫超導的探索都是在這樣的指導思想下進行的。

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)的科研人員在遠離反鐵磁有序的鐵基材料中發現了新的高溫超導相。而且，超導的最高轉變溫度Tc超過了同物質在磁有序附近的超導相，達到了41K（按電阻率數據定義）。

鐵基化合物超導體最初由日本東京工業大學的Hosono研究組于2008年發現。其母體材料LaFeAsO存在反鐵磁有序相，用氟元素取代一部分氧元素之后，磁有序被抑制，超導出現。超導轉變溫度Tc隨氟摻雜量x而變化，形成一個拱形的超導區域，x只能達到0.2。當x = 0.06時，樣品的Tc最高，達到27 K，這時存在很強的低能自旋漲落。這自然導致人們相信，在鐵基超導體中，超導是由自旋漲落引起的。

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)超導國家重點實驗室鄭國慶研究組（SC9組)的副研究員楊杰等與中科院院士趙忠賢以及李建奇研究組合作，通過高壓樣品制備技術合成出一系列LaFeAsO1-xFx高摻雜樣品，其摻雜量x可達0.75，遠超過去人們的認知。通過電阻率、磁化率，核磁共振等測量，發現超導轉變溫度Tc隨x形成一個新的超導區域，在最佳摻雜x = 0.5-0.55時，Tc甚至比原先的x = 0.06還高（按電阻率電阻數據定義的Tc是41K。按磁化率定義的Tc是30 K）。

更令人驚異的是，在這個新發現的超導區域里，物理性質與之前報道的第一個超導區域完全不同。首先，NMR自旋晶格弛豫率1/T1T測量沒有發現自旋漲落的跡象；其次，通過NMR和電鏡發現，樣品中存在一種新型的結構相變，相變發生時，四重旋轉對稱性被破壞，而相變發生的溫度隨摻雜量變化的線恰好可以延伸到最佳摻雜附近。與此同時，電阻率在最佳摻雜附近表現出線性的溫度變化，預示著一種新的量子漲落。

這項工作暗示，高溫超導可能是一種極為普適存在的現象。除了近30年來人們討論的自旋漲落以外，如軌道漲落等其他機制，也可能引起高溫超導。這項成果為探索高溫超導提供了一條嶄新的線索。該研究結果以Express的方式發表在Chin. Phys. Lett., 32, 107401 (2015)。

　　該研究得到了科技部“973”項目 、中科院B類先導項目、國家自然科學基金委的支持。