張清明 研究組 供稿?

近日，中國人民大學物理學系張清明教授研究組與夏天龍副教授和劉凱博士合作，使用多種實驗手段結(jié)合第一性原理計算方法確定了一種超導轉(zhuǎn)變溫度為44K的鉀鐵硒超導化合物結(jié)構(gòu)，并給出了該類化合物超導轉(zhuǎn)變溫度與Fe-Se層間距的關(guān)系。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Nature出版集團的Scientific?Reports?3,?1216?(2013)上。

隨著2008年新型鐵基高溫超導體的發(fā)現(xiàn)，凝聚態(tài)物理界再次掀起了高溫超導研究的熱潮。在眾多鐵基高溫超導材料中，因不含有毒元素和晶體結(jié)構(gòu)簡單等特點，F(xiàn)eSe類超導體引起了人們極大的研究興趣。FeSe類超導體有諸多特點：1、其磁性有別于FeAs類超導體；2、其母體即有8?K的超導轉(zhuǎn)變溫度且對壓力敏感；3、AxFe2-ySe2（A=K、Rb、Cs、Tl）化合物都具有約30?K的超導溫度且對雜質(zhì)不敏感。

雖然FeSe類超導體中的這些物理現(xiàn)象有望成為揭開鐵基超導謎團的鑰匙，但因Se較為活潑，導致其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差并有較嚴重的相分離現(xiàn)象。這為確定其超導相圖帶來了較大困難，特別是有些樣品中存在的二次轉(zhuǎn)折現(xiàn)象，使得這類材料的本征物性變得更加撲朔迷離。

為了準確的確定這類材料中結(jié)構(gòu)和物性的關(guān)系，人民大學張清明教授研究組、夏天龍副教授和劉凱博士等使用變溫電阻和磁化率測量得出了其基本的輸運性質(zhì)。利用這些數(shù)據(jù)對電子自旋共振（ESR）數(shù)據(jù)（如右圖）進行擬合后，他們發(fā)現(xiàn)該材料在44?K處的轉(zhuǎn)變是一個新的超導相變且與30?K超導相不是同一相。隨后，利用拉曼散射、X射線衍射、電子能譜（SEM-EDS）等實驗手段得出了該新超導相的化學配比和結(jié)構(gòu)信息。結(jié)合這些實驗數(shù)據(jù)，第一性原理計算準確地確定了該44?K新超導相的幾何結(jié)構(gòu)，得出了FeSe基超導體中超導轉(zhuǎn)變溫度Tc隨FeSe層間距增加而單調(diào)增大的關(guān)系。

這一工作得到了FeSe體系在常壓下44K的超導轉(zhuǎn)變溫度，突破了該體系原有30K的轉(zhuǎn)變溫度極限。該工作也預示著FeSe體系在高溫超導體機理探索中具有較大潛力，為今后的實驗和理論探索指出了一個可能的方向。

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本工作受到了如下基金的資助

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