近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳仙輝教授研究組在鐵基超導(dǎo)研究領(lǐng)域取得了重要進展，成功發(fā)現(xiàn)了一種新的鐵基超導(dǎo)材料(Li_0.8Fe_0.2)OHFeSe，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高達40K以上，并與美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所中子研究中心的黃清鎮(zhèn)博士以及中國科大吳濤教授等幾個研究組合作，確定了該新材料的晶體結(jié)構(gòu)并發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電性和反鐵磁共存。該新超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)為探索具有更高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的新型鐵基超導(dǎo)體提供了重要思路，同時也為研究高溫超導(dǎo)的機理提供了新的材料體系。相關(guān)研究成果發(fā)表在12月15日的Nature Materials 上。

鐵基高溫超導(dǎo)體是目前凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究熱點，其機理還沒有得到完全的理解，F(xiàn)eSe類超導(dǎo)體以其諸多獨特的性質(zhì)被認(rèn)為是研究鐵基超導(dǎo)機理的理想材料體系。尤其是近期報道的生長于SrTiO₃襯底上的FeSe單層薄膜的零電阻轉(zhuǎn)變溫度高達100K以上，更加激起了科學(xué)家們對于這一體系的濃厚興趣。然而，對于FeSe類超導(dǎo)材料，目前研究較為廣泛的A_xFe₂Se₂ (A=K, Rb, Cs)體系存在嚴(yán)重的相分離，反鐵磁絕緣相與超導(dǎo)相的共生導(dǎo)致該類材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)非常復(fù)雜，從而使得研究其內(nèi)在的物理變得非常困難。而FeSe單層薄膜以及通過液氨等低溫液相插層方法合成的Li_x(NH₂)_y(NH₃)_1-yFe₂Se₂等化合物在空氣中極不穩(wěn)定，無法深入研究其物理性質(zhì)。為了能夠深入地探究鐵基高溫超導(dǎo)的物理機制，亟需尋找到新的具有高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度且空氣穩(wěn)定的并適合物理測量的FeSe類超導(dǎo)材料。

陳仙輝教授研究組首次利用水熱反應(yīng)方法成功發(fā)現(xiàn)了一種新的FeSe類超導(dǎo)材料(Li_0.8Fe_0.2)OHFeSe，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高達40K以上。通過結(jié)合X射線衍射，中子散射和核磁共振三種技術(shù)手段精確地確定了該新材料的晶體結(jié)構(gòu)。該材料由FeSe層和(Li_0.8Fe_0.2)OH層沿c方向交替堆垛而成，F(xiàn)eSe層與(Li_0.8Fe_0.2)OH層之間由極其微弱的氫鍵相連。此外，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)中嚴(yán)重畸變的FeSe₄ 四面體有利于超導(dǎo)，這與FeAs類超導(dǎo)體中完美的FeAs₄ 四面體有利于超導(dǎo)完全不同。同時比熱、磁化率和核磁共振數(shù)據(jù)表明該新超導(dǎo)材料在低溫~8.5 K存在反鐵磁序，并與超導(dǎo)電性共存。這一重要工作是首次利用水熱法發(fā)現(xiàn)FeSe類新型高溫超導(dǎo)材料，為相關(guān)體系新超導(dǎo)體的探索提供了新的研究思路。同時，該新超導(dǎo)體所具有的高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度、空氣中穩(wěn)定等優(yōu)點為進一步的實驗研究提供了可能，同時也為探索鐵基高溫超導(dǎo)的內(nèi)在的物理機制提供了理想的材料體系。

陳仙輝教授研究組的研究生盧秀芳和王乃舟為論文的共同第一作者。該研究受到國家自然科學(xué)基金委、科技部國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)B類專項的資助。

(Li_0.8Fe_0.2)OHFeSe超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)（左）和磁化率曲線（右）

來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)