铁基材料中质子植入诱导的高温超导相 | Science Bulletin

      中国人民大学于伟强实验组和清华大学于浦实验组使用离子液将质子插入到铁基材料中并诱导出高温超导相。该结果在Science Bulletin 2018年第一期作为封面文章刊发。铁基超导专家Hideo Hosono 教授同期对该文作亮点推荐。

       通过离子液和电场对材料进行物性调控的方法最近在物理和材料科学中得到迅速发展，被广泛应用于电池、智能玻璃、燃料电池等领域。中国人大学于伟强研究组和清华大学于浦研究组通过离子液体电场的调控方法，在具有11结构和122结构的铁基材料中实现了氢离子（H⁺）的植入，并通过其载流子掺杂效应产生高温超导相。

      具体工作包括通过氢植入在BaFe₂As₂中产生20 K超导，在FeSe_0.93S_0.07中产生20 K和42.5 K超导，和在FeS中把超导温度从4 K提升到18 K。

       尤以FeS为例，氢植入实现了敏感的氢核磁共振测量并揭示了非常规超导的性质，解决了该材料缺乏核磁共振同位素的问题。因此，质子植入产生双重作用，提供了载流子掺杂和敏感的核磁共振同位素。该工作利用电场控制氢离子的插入，为材料的物性调控提供了一种全新的手段，是化学掺杂和外加应力等方法的重要补充。这种实验方法易操作，可能可以广泛应用在绝缘体、金属和超导材料的物性探索中，并提供了丰富的谱学研究条件。

左图是对该论文进行材料氢化的装置示意图，右上图是一个H_x-FeSe_0.93S_0.07 超导单晶在不同温度的氢核磁共振谱，右下图是其交流磁化率随温度的变化曲线。

       该工作合作者还包括南京大学闻海虎研究组，北京大学李源研究组和中国科学院物理研究所罗会仟研究组。

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1. Yi Cui, Gehui Zhang, Haobo Li, Hai Lin, Xiyu Zhu, Hai-Hu Wen, Guoqing Wang, Jinzhao Sun, Mingwei Ma, Yuan Li, Dongliang Gong, Tao Xie, Yanhong Gu, Shiliang Li, Huiqian Luo, Pu Yu, Weiqiang Yu. Protonation induced high-Tc phases in iron-based superconductors evidenced by NMR and magnetization measurements. Science Bulletin, 2018, 63(1): 11-16, doi:10.1016/j.scib.2017.12.009

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209592731730628X

2. Hideo Hosono. Superconductivity induced by field-driven proton injection. Science Bulletin, 2018, 63(1): 5-6, doi: 10.1016/j.scib.2018.01.009

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927318300094

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