铁硒基超导体超导机理的高压研究

The alkaline iron selenide superconductors AxFe2-ySe2(A=K, Cs, Rb, Tl/K, Tl/Rb) and Mx(NH3)Fe2Se2(M = Li, Na, Ca, Sr, Ba, Eu, Yb) is a new type of Fe-based high-temperature superconductors, which has particular structure and properties that have been demonstrated to be obviously different from those of the known FeAs-based superconductors, and attracted considerable interest to understand its underlying superconducting mechanism. As a “clean” control parameter, pressure is an ideal method to elucidate the mechanisms of superconductivity for this complex system. Pressure-induced re-emerging superconductivity and quantum criticality are observed in AxFe2-ySe2 superconductors with superlattice structure, which provide important information for further understanding the mechanism of high-temperature superconductivity. The superconductors Mx(NH3)yFe2Se2 that without superlattice structure provide a new starting point for studying the intrinsic properties of this new family of superconductors. For this project, we will perform high pressure studies of electrical and structural properties for Mx(NH3)yFe2Se2 superconductors by combining high pressure resistance, magnetic resistance, ac susceptibility and synchrotron X-ray diffraction measurements, which may provide important information in shedding insight on the mechanism of superconductivity in the iron selenide superconductors.

铁硒基超导体AxFe2-ySe2(A=K, Cs, Rb, Tl/K, Tl/Rb)及Mx(NH3)Fe2Se2(M = Li, Na, Ca, Sr, Ba, Eu, Yb)作为一类新型的铁基高温超导体，在结构和物性上与铁砷基超导体明显不同，其超导机理倍受人们关注。压力作为一种“干净”的调控参量，是研究该复杂系统的理想手段。通过压力的调控，发现具有超晶格结构的AxFe2-ySe2超导体中存在压致超导现象和相应的压力驱动的量子相变，加深了人们对高温超导物理机制的认识。对不存在超晶格结构的Mx(NH3)Fe2Se2超导体，高压手段同样有利于研究其本征物性。本项目拟运用高压手段并与低温和磁场相结合，系统的对Mx(NH3)Fe2Se2超导体进行较高压力范围内的电阻、磁阻及交流磁化率测量，并结合高压下同步辐射X射线谱学实验，深入研究其压力下的电子及晶体结构的变化，探索该类超导体超导电性的产生机制。

在对含有錒系元素铁基超导体ThFeAsN进行了系统的高压输运和高压X射线同步辐射研究，得到其超导转变温度随压力变化的相图：其超导转变温度随着压力的增加逐渐减小，在25.4GPa下被彻底抑制。通过拟合高压XRD图谱，得到该样品晶格参数、Fe-As-Fe键角和阴离子高度随压力的变化。通过研究其超导转变温度Tc与Fe-As-Fe键角和阴离子高度的关系，发现该超导体的超导转变温度与其Fe-As-Fe键角和阴离子高度密切相关并遵循铁基超导体中普适的Tc-键角和Tc-阴离子高度的关系。此外综述报道了通过高压实验研究手段在铁基超导体的研究中得到的一些重要进展及呈现出的新现象和新物理。通过对这些现象和可能物理内涵的综合分析, 提出两个方面的问题：如何统一理解晶体结构对超导电性的影响和磁性与超导电性的关系。另外利用压力的手段对其他材料进行高压调控研究，发现高熵合金Ta-Nb-Hf-Zr-Ti在超高压力下具有异常稳定的超导电性，发现了CeRhGe3在压力下的超导转变以及空穴载流子在压致黑磷超导相中的重要作用，对进一步理解超导机理提供了非常有价值的实验结果。