中国科大发现一种新的铁基超导体材料

近日，中国科学技术大学陈仙辉教授研究组在铁基超导研究领域取得了重要进展，成功发现了一种新的铁基超导材料(Li_0.8Fe_0.2)OHFeSe，其超导转变温度高达40K以上，并与美国国家标准技术研究所中子研究中心的黄清镇博士以及中国科大吴涛教授等几个研究组合作，确定了该新材料的晶体结构并发现超导电性和反铁磁共存。该新超导体的发现为探索具有更高超导转变温度的新型铁基超导体提供了重要思路，同时也为研究高温超导的机理提供了新的材料体系。相关研究成果发表在12月15日的Nature Materials 上。

铁基高温超导体是目前凝聚态物理领域的研究热点，其机理还没有得到完全的理解，FeSe类超导体以其诸多独特的性质被认为是研究铁基超导机理的理想材料体系。尤其是近期报道的生长于SrTiO₃衬底上的FeSe单层薄膜的零电阻转变温度高达100K以上，更加激起了科学家们对于这一体系的浓厚兴趣。然而，对于FeSe类超导材料，目前研究较为广泛的A_xFe₂Se₂ (A=K, Rb, Cs)体系存在严重的相分离，反铁磁绝缘相与超导相的共生导致该类材料的结构与性质非常复杂，从而使得研究其内在的物理变得非常困难。而FeSe单层薄膜以及通过液氨等低温液相插层方法合成的Li_x(NH₂)_y(NH₃)_1-yFe₂Se₂等化合物在空气中极不稳定，无法深入研究其物理性质。为了能够深入地探究铁基高温超导的物理机制，亟需寻找到新的具有高的超导转变温度且空气稳定的并适合物理测量的FeSe类超导材料。

陈仙辉教授研究组首次利用水热反应方法成功发现了一种新的FeSe类超导材料(Li_0.8Fe_0.2)OHFeSe，超导转变温度高达40K以上。通过结合X射线衍射，中子散射和核磁共振三种技术手段精确地确定了该新材料的晶体结构。该材料由FeSe层和(Li_0.8Fe_0.2)OH层沿c方向交替堆垛而成，FeSe层与(Li_0.8Fe_0.2)OH层之间由极其微弱的氢键相连。此外，发现该结构中严重畸变的FeSe₄ 四面体有利于超导，这与FeAs类超导体中完美的FeAs₄ 四面体有利于超导完全不同。同时比热、磁化率和核磁共振数据表明该新超导材料在低温~8.5 K存在反铁磁序，并与超导电性共存。这一重要工作是首次利用水热法发现FeSe类新型高温超导材料，为相关体系新超导体的探索提供了新的研究思路。同时，该新超导体所具有的高超导转变温度、空气中稳定等优点为进一步的实验研究提供了可能，同时也为探索铁基高温超导的内在的物理机制提供了理想的材料体系。

陈仙辉教授研究组的研究生卢秀芳和王乃舟为论文的共同第一作者。该研究受到国家自然科学基金委、科技部国家重点基础研究发展计划、中国科学院战略先导B类专项的资助。

(Li_0.8Fe_0.2)OHFeSe超导体的晶体结构（左）和磁化率曲线（右）

来源：中国科学技术大学