【Research】浙江大学物理系许祝安课题组 | Er₂O₂Bi化合物中反铁磁序与超导序共存

RESEARCH ARTICLELei Qiao, Ning-hua Wu, Tianhao Li, Siqi Wu, Zhuyi Zhang, Miaocong Li, Jiang Ma, Baijiang Lv, Yupeng Li, Chenchao Xu, Qian Tao, Chao Cao, Guang-Han Cao, and Zhu-An Xu, Coexistence of superconductivity and antiferromagentic order in Er₂O₂Bi with anti-ThCr₂Si₂ structure, Front. Phys. 16(6), 63501 (2021)

反铁磁序与超导的共存会带来更加复杂的基态，探索两者之间的关系有助于更深入地认识超导机理，为寻找新的非常规超导体带来契机。作为层状的反ThCr₂Si₂结构，Ln₂O₂Bi （Ln=Y和镧系）中既含有稀土元素，又会出现超导电性，成为最近的一个研究兴趣。特别是其中的稀土元素的4f电子是否局域，是否会与传导电子发生强的作用，对超导电性起到何种影响，是值得关注的问题。近期浙江大学物理系许祝安教授课题组发表题为“Coexistence of superconductivity and antiferromagentic order in Er₂O₂Bi with anti-ThCr₂Si₂ structure”（Front. Phys. 16(6), 63501 (2021)）的研究文章，通过电阻率、磁化强度、比热测量和第一性原理计算，研究了具有反ThCr₂Si₂结构的化合物Er₂O₂Bi中超导性和反铁磁顺序的共存。

 Er₂O₂Bi（简称Er221）中Er元素带有11个4f电子，在化合物中常显示出局域的磁矩，同时以前的报道已经发现Er₂O₂Bi具有T_c=1.2 K的超导电性，但是号称需要添加CaO作为氧化剂以增加样品的氧含量才会得到超导电性。作者首先利用固相反应法制备出不同氧含量的Er221超导样品，通过系统的电阻率和磁性测量发现，最佳Er₂O₂Bi样品的超导转变温度为1.23 K，与其共存的反铁磁转变温度为3 K左右。磁性Er₂O₂Bi的超导上临界场为0.061 T，电声子耦合系数为0.53，这两个参数都与无磁性的Y₂O₂Bi材料十分相似，表明Er₂O₂Bi和Y₂O₂Bi可能具备同样的超导起源。第一性原理计算显示，无论是在反铁磁态还是顺磁态，Er₂O₂Bi的费米面都主要由Bi 6p轨道组成，4f电子对费米面几乎没有贡献。 随着Er₂O_xBi中的x值从1.8增大到2.0，即氧含量的增加，超导转变温度从1 K上升到1.23 K，与此同时，反铁磁转变温度从3 K略微下降到了2.96 K，揭示了超导与反铁磁序可能存在竞争关系。霍尔效应测量显示，随着氧含量的增加，空穴型载流子浓度也在不断上升，这也许可以解释超导转变温度和反铁磁转变温度随氧含量的变化关系。对这个体系的研究为理解超导电性与4f电子之间的相互关系提供了新的例子。

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Frontiers of Physics (FOP)期刊简介

Frontiers of Physics (FOP，IF 3.563)是由教育部发起、高教社出版、Springer海外发行的Frontiers系列英文学术期刊之一，旨在报道国际物理学领域的最新成果和研究进展，主要发表Topical Review、Review、Research Article、View & Perspective、Research Highlight，也委托专家组织特定前沿主题的专题。现任总主编：赵光达院士；执行主编：李定平教授；主编：龙桂鲁教授（量子计算与量子信息）、张卫平教授（AMO）、王楠林教授（凝聚态与材料物理）、李海波教授（核物理/粒子物理/天体物理与宇宙学）。期刊已被SCI, JCR, ADS, SCOPUS, INSPEC, Google Scholar, CSCI, CSCD等收录。2013-2018入选中国科技期刊提升计划资助项目，2019年入选中国科技期刊卓越行动计划资助项目。扫码添加《物理学前沿》交流群（或下面右侧的编辑微信号），期刊不定期开展作者分享与学术报告会、微点论坛科普报告会、学术写作培训会等学术活动（点击下方链接到FOP期刊-蔻享直播平台）：

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