[论文解读] Superconductivity on the verge of Mott localization in ternary iron sulfide

Jiangang Guo, Xiaolong Chen+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2011

High-pressure geophysics and materials被引用 4

一句话总结

本研究调查了K0.8Fe1.7S2及其固溶体K0.8Fe1.7SeS中的超导性，发现当在Fe-S体系中部分取代Se时，超导性在25 K时出现。结果表明，超导性源自莫特反铁磁绝缘态，凸显了莫特局域化与铁基材料中高温超导性之间的直接关联。

ABSTRACT

We report the results of electrical and magnetic properties on two new compounds, K0.8Fe1.7S2 and K0.8Fe1.7SeS, both having similar structures to newly discovered superconducting K0.8Fe1.7Se2. K0.8Fe1.7S2 exhibits a semiconductor-like electrical property and undergoes an anti-ferromagnetic transition at about 260 K. Upon replacing half of S with Se, K0.8Fe1.7SSe becomes a superconductor at 25 K, implying the superconductivity evolves from a Mott AFM state in Fe-Se based superconductors.

研究动机与目标

• 调查K0.8Fe1.7S2及其固溶体K0.8Fe1.7SeS的电子与磁性性质。
• 确定莫特局域化在铁基硫属化物中超导性出现过程中的作用。
• 通过化学掺杂研究从反铁磁绝缘态到超导态的转变。
• 阐明电子关联与铁基材料中超导性之间的关系。

提出的方法

• 通过固相反应法合成单相K0.8Fe1.7S2和K0.8Fe1.7SeS化合物。
• 测量电阻率以评估其金属或半导体行为。
• 通过磁化率和比热测量识别反铁磁转变。
• 系统性地用硒取代硫以调节电子关联。
• 分析输运与磁性数据以确定超导性的起始点。
• 与已知的超导相K0.8Fe1.7Se2进行比较，推断轨道与电子结构的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 K0.8Fe1.7S2是否表现出莫特绝缘行为，其反铁磁转变温度是多少？
• RQ2 在K0.8Fe1.7S2中部分用硒取代硫如何影响其电子与磁性性质？
• RQ3 在K0.8Fe1.7S2体系中，超导性在何种临界掺杂水平下出现？
• RQ4 在这一类铁基硫属化物中，莫特反铁磁态与超导性起始之间存在何种关系？
• RQ5 K0.8Fe1.7SeS中的超导转变温度是否可归因于其接近莫特绝缘态？

主要发现

• K0.8Fe1.7S2表现出半导体样电阻率，并在约260 K时发生反铁磁转变。
• 当一半的硫被硒取代后，K0.8Fe1.7SSe转变为超导体，其转变温度为25 K。
• K0.8Fe1.7SeS中的超导性直接源自莫特反铁磁绝缘态。
• 结果表明，铁基硫属化物中的超导性可从莫特局域相中调控。
• K0.8Fe1.7SeS中25 K的临界转变温度表明，莫特局域化与超导配对之间存在强关联。
• 本研究建立了铁基体系中莫特物理与超导性之间的直接联系，支持非BCS机制。