[论文解读] Novel Superconductivity and Phase Diagram in the Iron-based Arsenic-oxides ReFeAsO1-delta (Re = rare earth metal) without F-Doping

Zhi‐An Ren, Guangcan Che+9 more|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2008

Iron-based superconductors research被引用 1

一句话总结

本研究报道了一类在高压下合成、无需氟掺杂的新型铁基超导体，其成分为ReFeAsO1−δ（Re = Sm, Nd, Pr, Ce, La）。超导转变温度（Tc）随稀土阳离子尺寸减小而升高，在SmFeAsO1−δ中达到最大值55 K；在NdFeAsO1−δ中，随着氧含量变化，观察到Tc呈拱形相图。

ABSTRACT

Here we report a new class of superconductors prepared by high pressure synthesis in the quaternary family ReFeAsO1-delta (Re = Sm, Nd, Pr, Ce, La) without fluorine doping. The onset superconducting critical temperature (Tc) in these compounds increases with the reduction of Re atom size, and the highest Tc obtained so far is 55 K in SmFeAsO1-delta. For the NdFeAsO1-delta system with different oxygen concentration a dome-shaped phase diagram was found.

研究动机与目标

• 发现一种无需氟掺杂的新型铁基超导体，以替代通常在1111型体系中使用的氟掺杂。
• 研究稀土阳离子尺寸对ReFeAsO1−δ化合物中超导转变温度（Tc）的影响。
• 探讨氧非化学计量比对NdFeAsO1−δ体系超导性能的影响。
• 建立NdFeAsO1−δ中Tc随氧含量变化的相图。

提出的方法

• 采用高压固态合成法，在无氟掺杂条件下稳定ReFeAsO1−δ相。
• 通过系统改变稀土元素（Re = Sm, Nd, Pr, Ce, La），研究离子尺寸对Tc的影响。
• 在NdFeAsO1−δ中实现可控的氧非化学计量比，以调节空穴掺杂水平。
• 利用电阻率和磁化率测量技术测定超导转变温度。
• 基于不同氧浓度下从电阻率和磁化率数据中提取的Tc值，构建相图。

实验结果

研究问题

• RQ1 在无氟ReFeAsO1−δ超导体中，可实现的最高Tc是多少？其随稀土阳离子尺寸如何变化？
• RQ2 氧非化学计量比如何影响NdFeAsO1−δ中的超导转变温度？
• RQ3 在NdFeAsO1−δ中，随着氧含量变化，是否会出现类似其他铁基超导体的拱形Tc相图？
• RQ4 高压合成能否在无氟掺杂条件下稳定ReFeAsO1−δ中的超导相？

主要发现

• 在SmFeAsO1−δ中实现了最高55 K的超导转变温度，为该无氟体系中报道的最高值。
• Tc随稀土阳离子离子半径减小而系统性升高，表明阳离子尺寸与超导性能之间存在强烈相关性。
• 在NdFeAsO1−δ中，观察到Tc随氧含量呈拱形相图，表明在中等氧缺位时超导性最佳。
• 无氟掺杂并未阻碍高Tc的实现，证明无氟铁基氧氮化物可表现出强超导性。