高压下铁基超导体的结构演化研究

铁基超导体是最近发现的一类新型高温超导材料，是超导研究领域的一个新兴方向，对于提高超导转变温度和揭示超导电性机理而言都具有非常重要的科学意义。本项目在我们前期对Nd(O0.88F0.12)FeAs的高压结构相变研究基础上，利用金刚石对顶砧高压装置和同步辐射X射线衍射实验技术，研究高压下两类铁基超导体Ln(O1-xFx)FeAs (Ln=La, Ce, Pr, Nd, Sm)系列样品和LiFeAs体系的结构演化。我们将结合低温和高压技术，研究上述铁基超导体在不同压力和温度下的结构性质，建立相应材料的压力－温度相图，从而认识铁基超导体的超导性质与晶体结构之间的关系，进而对其超导电性有规律性的深入认识。我们将利用高压原位中子衍射实验，测定所研究的铁基超导体内轻元素(O, F和Li)在高压下的位置变化，探讨压力对轻元素离子相对位置移动的影响。

最近发现的新型高温超导材料—铁基超导体是超导研究领域的一个新兴方向，相关的高压研究工作对于提高超导转变温度和揭示超导电性机理而言都具有非常重要的科学意义。本项目中，我们利用金刚石对顶砧高压装置和同步辐射X射线衍射实验技术，研究铁基超导体Ce(O0.84F0.16)FeAs、Li1.1FeAs和未掺杂NdOFeAs、CeOFeAs等材料在高压下的结构演化。实验结果表明铁基超导体Ce(O0.84F0.16)FeAs在13.9GPa时候发生了一个“等结构相变”，在33.8GPa又转变为一个新的高压相。Li1.1FeAs在20.1GPa时发生晶体结构相变。NdOFeAs在10GPa时候发生了一个“等结构相变”，与Nd(O0.88F0.12)FeAs的高压结果相似，这说明F的掺杂并没有影响NdOFeAs的高压结构演化性质。此外，由于拓扑绝缘体是近几年新发现的材料，并且在高压下可能成为拓扑超导体，与本项目的研究内容具有较强的关联性，我们对Sb2Te3和Bi2Se3也进行了高压研究工作，发现它们在高压下都经历了一系列晶体结构转变。Sb2Te3在9.3GPa转变为单斜结构，在15.1GPa转变为另外一个单斜结构，其中Sb和Te原子无序替代分布。压力达到19.8GPa时，Sb2Te3转变为体心立方结构。Bi2Se3在10.4GPa转变为单斜结构，在24.5GPa转变为体心四方结构。这些在结构演化数据有助于进一步研究它们在高压下的物理性质，具有重要的参考价值。