[论文解读] Enhanced superconductivity in F-doped LaO1-xFxBiSSe

Xiao‐Chuan Wang, Dongyun Chen+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2014

Iron-based superconductors research参考文献 1被引用 7

一句话总结

本研究展示了氟掺杂LaO1-xFxBiSSe中超导性的增强，其中氟掺杂诱导出金属行为，并将超导转变温度提高至3.8 K——高于类似化合物LaO0.5F0.5BiS2中的3.2 K。该增强归因于晶格膨胀以及在x ≈ 0.5时实现的最优载流子掺杂，该结果通过两步固态反应合成方法获得。

ABSTRACT

The layered compound LaOBiSSe was successfully synthesized by a two-step solid-state reaction method, which is isostructural with the quaternary compound LaOBiS2 indicated by the powder X-ray diffraction characterization, and the crystal lattice parameters are slightly expanded by the substitution of Se atoms. Electrical transport measurement shows that LaOBiSSe exhibits semiconducting behavior similar with the parent compound LaOBiS2, while by F-doping the samples can be much more easily turned to be metallic and superconducting at low temperature with a small amount of F. Under the optimal carrier doping concentration of F ~ 0.5, the superconducting critical temperature of LaO0.5F0.5BiSSe is clearly enhanced up to a value of 3.8 K than the 3.2 K of LaO0.5F0.5BiS2.

研究动机与目标

• 研究氟掺杂对LaOBiSSe电子性质和超导性质的影响。
• 确定在LaOBiS2中用Se取代是否能提高超导转变温度（Tc），相比母体化合物。
• 探讨载流子掺杂和晶格结构在调控层状铋基硫属化物体系中超导性方面的作用。
• 在相同掺杂条件下，比较LaO1-xFxBiSSe与LaO1-xFxBiS2的超导行为。

提出的方法

• 通过两步固态反应法合成LaOBiSSe，以获得相纯样品。
• 在LaO1-xFxBiSSe中系统性地进行氟掺杂（x = 0至0.5），以调节载流子浓度。
• 采用粉末X射线衍射（XRD）确认晶体结构及因Se取代引起的晶格膨胀。
• 通过电输运测量评估半导体到金属的转变以及超导转变温度（Tc）。
• 在相同掺杂水平下，比较LaO1-xFxBiSSe与LaO1-xFxBiS2的Tc值。

实验结果

研究问题

• RQ1 氟掺杂是否在LaOBiSSe中诱导出超导性？若诱导出，Tc在何种掺杂水平下达到最大？
• RQ2 在LaOBiS2中用Se取代S如何影响所得LaOBiSSe化合物的晶格结构和电子结构？
• RQ3 在氟掺杂LaOBiSSe中，载流子浓度、晶格膨胀与增强的超导转变温度之间存在何种关系？
• RQ4 氟掺杂LaOBiSSe的Tc与相应氟掺杂LaOBiS2化合物相比如何？

主要发现

• 未掺杂状态下，LaOBiSSe表现出半导体行为，电输运测量结果证实了这一点。
• 氟掺杂诱导出从半导体到金属行为的转变，从而在低温下实现超导性。
• 在LaO0.5F0.5BiSSe中，氟掺杂浓度为x ≈ 0.5时，超导转变温度（Tc）达到最大值3.8 K。
• LaO0.5F0.5BiSSe的Tc（3.8 K）高于相应LaO0.5F0.5BiS2化合物（3.2 K），表明Se取代增强了超导性。
• 粉末X射线衍射结果证实，LaOBiSSe与LaOBiS2同构，且因Se的引入而出现轻微晶格膨胀。