[论文解读] Superconductivity in the PbO-type Structure alpha-FeSe

Fong-Chi Hsu, Jiu-Yong Luo+9 more|ArXiv.org|Jul 15, 2008

Iron-based superconductors research参考文献 11被引用 65

一句话总结

本文报告在具有硒缺位的PbO型结构中发现α-FeSe的超导性，转变温度（Tc）为8 K。该化合物具有类似于铁基氧族氮化物的简单铁基平面晶格，为研究非传统超导性提供了更简单的平台，并为在结构相关的体系中探索高Tc材料开辟了新途径。

ABSTRACT

The recent discovery of superconductivity with relatively high transition temperature Tc in the layered iron-based quaternary oxypnictides La[ O1-xFx] FeAs was a real surprise. The excitement generated can be seen by the number of subsequent works published within a very short period of time. Although there exists superconductivity in alloy that contains Fe element, LaOMPn (with M= Fe, Ni; and Pn=P and As) is the first system where Fe-element plays the key role to the occurrence of superconductivity. LaOMPn has a layered crystal structure with an Fe-based plane. It is quite natural to ask whether there exists other Fe based planar compounds that exhibit superconductivity. Here we report the observation of superconductivity with zero resistance transition temperature at 8K in the PbO-type alpha-FeSe compound. Although FeSe has been studied quite extensively, a key observation is that the clean superconducting phase exists only in those samples prepared with intentional Se deficiency. What is truly striking, is that this compound has the same, perhaps simpler, planar crystal sublattice as the layered oxypnictides. Furthermore, FeSe is, compared with LaOFeAs, much easier to handle and fabricate. In view of the abundance of compounds with PbO type structure, this result opens a new route to the search for unconventional superconductors.

研究动机与目标

• 探究具有PbO型结构的铁基平面化合物是否表现出超导性，受近期在LaOFeAs中发现高Tc超导性的启发。
• 探讨结构简单性和铁基平面在实现非传统超导性中的作用。
• 确定是否可通过可控非化学计量比（特别是Se缺位）在FeSe中稳定超导性。
• 比较α-FeSe与更复杂的铁基氧族氮化物的电子和结构特性。
• 确立α-FeSe作为研究高温超导机制的可行且易于制备的体系。

提出的方法

• 通过固相反应法合成具有可控硒缺位的多晶α-FeSe样品。
• 通过测量电阻率以识别零电阻超导转变。
• 利用X射线衍射进行结构表征，确认PbO型晶体结构。
• 分析化学计量比（Se缺位）与超导转变温度之间的关系。
• 将FeSe体系与LaOFeAs家族进行比较，突出其结构和电子相似性。
• 采用标准输运测量确认无残余电阻的存在以及完全迈斯纳效应（由零电阻推断）。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在具有简单铁基平面晶格的PbO型FeSe化合物中实现超导性？
• RQ2 硒缺位在稳定α-FeSe中超导相的过程中起什么作用？
• RQ3 α-FeSe中的超导转变温度与更复杂的铁基氧族氮化物相比如何？
• RQ4 FeSe体系在结构和电子特性上是否与LaOFeAs家族类似，从而可能具有相似的超导机制？
• RQ5 FeSe中PbO型结构的简单性是否有助于更易制备和研究非传统超导体？

主要发现

• 在α-FeSe中观察到零电阻转变温度为8 K的超导性，证实了超导相的存在。
• 超导态仅在有意引入硒缺位的样品中稳定存在，表明非化学计量比起关键作用。
• α-FeSe的晶体结构为PbO型，具有类似于铁基氧族氮化物的简单二维铁基平面。
• 与LaOFeAs相比，FeSe体系结构更简单，更易于处理和制备，使其成为进一步研究的有前途候选。
• 该发现表明，具有PbO型结构的铁基平面化合物可容纳非传统超导性。
• 结果表明，通过聚焦于具有铁基平面的结构相关且更简单的材料，可开辟发现高Tc超导体的新途径。