[论文解读] Superconductivity in novel quasi-one-dimensional ternary molybdenum pnictides Rb2Mo3As3 and Cs2Mo3As3

Kang Zhao, Qing-Ge Mu+6 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 2018

Iron-based superconductors research参考文献 5被引用 8

一句话总结

本研究通过固相反应法合成了新型准一维超导体 Rb2Mo3As3 和 Cs2Mo3As3，并对其进行了表征，分别在 10.6 K 和 11.5 K 出现超导转变。这些材料表现出微弱的负化学压效应以及极高的上临界磁场（Cs2Mo3As3 约 60 T），为研究低维体系中 4d 电子驱动的超导性提供了独特平台。

ABSTRACT

By replacing the alkali element in the newly discovered K2Mo3As3 superconductor, we successfully synthesized ternary molybdenum pnictides Rb2Mo3As3 and Cs2Mo3As3 through solid state reaction method. Powder X-ray diffraction analysis reveals the same quasi-one-dimensional (Q1D) hexagonal crystal structure and space group of P-6m2 (No. 187) as K2Mo3As3. The refined lattice parameters are a = 10.432 (1) Å, c = 4.4615 (6) Å for Rb2Mo3As3 and a = 10.7405 (6) Å, c = 4.4654 (5) Å for Cs2Mo3As3. Electrical resistivity and magnetic susceptibility characterizations exhibit the occurrence of superconductivity in both compounds with the onset Tc at 10.6 K and 11.5 K for Rb2Mo3As3 and Cs2Mo3As3 respectively, which exhibit weak negative chemical pressure effect in these A2Mo3As3 (A = K, Rb, Cs) superconductors contrary to the isostructural A2Cr3As3 superconductors. More interestingly, the Cs2Mo3As3 superconductor exhibits much higher upper critical field around 60 T at zero temperature. The discovery of these MoAs/CrAs-based superconductors provide a unique platform for the study of exotic superconductivity correlated with both 3d and 4d electrons in these Q1D compounds.

研究动机与目标

• 通过用 Rb 和 Cs 替代 K2Mo3As3 中的 K，探究碱金属取代对钼基砷化物中超导性的影响。
• 研究新合成的 A2Mo3As3（A = Rb, Cs）化合物的结构与电子性质。
• 确定这些准一维材料中的超导转变温度和上临界磁场。
• 比较在化学压作用下，钼基与铬基 A2M3As3 体系的行为差异。
• 建立一个用于研究低维体系中涉及 4d 电子的奇异超导性的平台。

提出的方法

• 采用高温固相反应法合成 Rb2Mo3As3 和 Cs2Mo3As3。
• 通过粉末 X 射线衍射确认其六方晶体结构及空间群 P-6m2（编号 187），与 K2Mo3As3 相同。
• 测量电阻率以确定超导转变起始温度（Tc）。
• 进行磁化率测量以确认体超导性并确定 Tc。
• 分析 A2Mo3As3（A = K, Rb, Cs）系列的晶格参数及结构趋势，评估化学压效应。
• 利用磁性测量评估 Cs2Mo3As3 的上临界磁场（Hc2），估算其在零温下约为 60 T。

实验结果

研究问题

• RQ1 碱金属取代（K → Rb, Cs）对 A2Mo3As3 化合物中超导转变温度有何影响？
• RQ2 Rb2Mo3As3 和 Cs2Mo3As3 的结构参数与 K2Mo3As3 相比如何？这对其化学压效应有何含义？
• RQ3 Cs2Mo3As3 的上临界磁场是多少？与其它准一维超导体相比如何？
• RQ4 钼基 A2Mo3As3 化合物的超导行为与同结构的铬基 A2Cr3As3 化合物有何不同？
• RQ5 在这些准一维材料中，Mo 基体系中的 4d 电子在所观测到的超导性中贡献程度如何？

主要发现

• Rb2Mo3As3 在 10.6 K 处出现超导转变起始温度，电阻率和磁化率测量结果均予以证实。
• Cs2Mo3As3 的超导转变起始温度更高，达 11.5 K，表明超导配对增强。
• Rb2Mo3As3（a = 10.432(1) Å，c = 4.4615(6) Å）和 Cs2Mo3As3（a = 10.7405(6) Å，c = 4.4654(5) Å）的晶格参数证实其为具有 P-6m2 空间群的准一维六方结构。
• 这些化合物表现出微弱的负化学压效应，与同结构的 A2Cr3As3 体系中观察到的行为形成对比。
• Cs2Mo3As3 展现出极高的上临界磁场，约 60 T（零温下），表明存在强自旋-轨道耦合或非常规配对机制。
• 这些钼砷基超导体的发现为研究低维、准一维材料中 4d 电子驱动的超导性提供了新平台。