近日，中國科學技術大學陳仙輝教授研究組在鐵基超導研究領域取得了重要進展，成功發(fā)現了一種新的鐵基超導材料(Li_0.8Fe_0.2)OHFeSe，其超導轉變溫度高達40K以上，并與美國國家標準技術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構并發(fā)現超導電性和反鐵磁共存。該新超導體的發(fā)現為探索具有更高超導轉變溫度的新型鐵基超導體提供了重要思路，同時也為研究高溫超導的機理提供了新的材料體系。相關研究成果發(fā)表在12月15日的Nature Materials 上。

鐵基高溫超導體是目前凝聚態(tài)物理領域的研究熱點，其機理還沒有得到完全的理解，FeSe類超導體以其諸多獨特的性質被認為是研究鐵基超導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變溫度高達100K以上，更加激起了科學家們對于這一體系的濃厚興趣。然而，對于FeSe類超導材料，目前研究較為廣泛的A_xFe₂Se₂ (A=K, Rb, Cs)體系存在嚴重的相分離，反鐵磁絕緣相與超導相的共生導致該類材料的結構與性質非常復雜，從而使得研究其內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。為了能夠深入地探究鐵基高溫超導的物理機制，亟需尋找到新的具有高的超導轉變溫度且空氣穩(wěn)定的并適合物理測量的FeSe類超導材料。

陳仙輝教授研究組首次利用水熱反應方法成功發(fā)現了一種新的FeSe類超導材料(Li_0.8Fe_0.2)OHFeSe，超導轉變溫度高達40K以上。通過結合X射線衍射，中子散射和核磁共振三種技術手段精確地確定了該新材料的晶體結構。該材料由FeSe層和(Li_0.8Fe_0.2)OH層沿c方向交替堆垛而成，FeSe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)現該結構中嚴重畸變的FeSe₄ 四面體有利于超導，這與FeAs類超導體中完美的FeAs₄ 四面體有利于超導完全不同。同時比熱、磁化率和核磁共振數據表明該新超導材料在低溫~8.5 K存在反鐵磁序，并與超導電性共存。這一重要工作是首次利用水熱法發(fā)現FeSe類新型高溫超導材料，為相關體系新超導體的探索提供了新的研究思路。同時，該新超導體所具有的高超導轉變溫度、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的內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基金委、科技部國家重點基礎研究發(fā)展計劃、中國科學院戰(zhàn)略先導B類專項的資助。

(Li_0.8Fe_0.2)OHFeSe超導體的晶體結構（左）和磁化率曲線（右）

來源：中國科學技術大學