一种超导转变温度最高的非铁基ThCr2Si2结构超导体材料 | Science Bulletin

       中国科学院物理研究所超导实验室/北京凝聚态物理国家实验室(筹)的博士生郭琦等人在任治安研究员指导下成功合成了纯相的LaRu₂As₂多晶样品，首次发现了其中的超导电性。进一步研究表明，该材料起始超导转变温度为7.8K，是目前所知的非铁基ThCr₂Si₂结构材料中转变温度最高的。

图：三元LaRu₂As₂超导体的晶格结构和零电阻超导转变

       超导指的是在低于某一温度时电阻突然消失的现象，它是一种宏观量子效应，因而具有非常特殊的奇异物理性质。超导技术可以作为缓解能源问题以及开发先进功能器件的支撑技术，对科学研究和国计民生都有着举足轻重的作用。由于传统的超导材料T_c超导转变温度太低，我们在日常生活中很难获得超导材料达到超导态所需的低温，同时由于匹配低温附件后超导功能器件变得复杂繁琐，使得超导技术的使用严重受限。铜氧化物高温超导体和最近铁基高温超导体的出现给超导的广泛应用带来了一些希望，不过由于其T_c仍未到达室温，高温超导机理也尚未明确，新超导体的探索和相关机理的研究依然任重而道远。            在铁基高温超导体中，具有ThCr₂Si₂结构的122体系化合物AFe₂As₂(A=Ca，Sr，Ba，Eu等)，由于其结构相对简单，单晶易于生长，其被广泛地用于铁基高温超导机理的研究。与此对应的已知具有ThCr₂Si₂结构的材料大约有600多种。其结构是由具有反氧化铅(anti-PbO)结构的褶皱形CrSi层以及将CrSi层隔开的Th原子构成。这些具有ThCr₂Si₂结构的材料中，部分具有超导电性，其中CeCu₂Si₂更是属于重费米子超导体，但在这些不含铁的材料中超导T_c一般不超过5K。              Ru位于元素周期表Fe位置的正下方，虽然从Fe(3d)到Ru(4d)其电子结构等情况会发生变化，但由于其属于同一族，同时最外价层都是8个电子，其物理化学性质有很多相似的地方。对具有与铁基超导结构相似的Ru的化合物的研究，有助于揭示铁基高温超导的产生机制以及发现新的超导材料。此外，在Ru基超导中，具有层状钙钛矿结构的Sr₂RuO₄是一个典型的具有自旋三重态的奇宇称p波超导体。             中国科学院物理研究所超导实验室/北京凝聚态物理国家实验室(筹)的博士生郭琦等人在任治安研究员指导下对含Ru且具有ThCr₂Si₂结构的材料进行了系统的研究。他们利用高温固相反应以及高温高压合成的方法，成功合成了纯相的LaRu₂As₂多晶样品，并首次发现了其中的超导电性。同时，通过电学、磁学等手段证实了其体超导的性质，并确定其为第二类超导体。令人惊讶的是LaRu₂As₂的起始超导转变温度为7.8K，这是目前所知的不含Fe的ThCr₂Si₂结构材料中转变温度最高的。为什么LaRu₂As₂超导体具有较高的转变温度，是不是跟铁基超导体有所联系等一系列问题，将有待于接下来的继续深入研究。     相关研究已在Science Bulletin(DOI 10.1007/s11434-016-1080-4)在线发表。

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