壓力下鐵砷基化合物的超導(dǎo)電性研究?

衣瑋1) 吳奇1) 孫力玲1)2)

1)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所,北京 100190)2)(中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100190)(2016年12月13日收到;2017年1月10日收到修改稿)

專題:高壓下物質(zhì)的新結(jié)構(gòu)與新性質(zhì)研究進(jìn)展

壓力下鐵砷基化合物的超導(dǎo)電性研究?

衣瑋1) 吳奇1) 孫力玲1)2)?

1)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所,北京 100190)2)(中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100190)(2016年12月13日收到;2017年1月10日收到修改稿)

隨著高壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備與技術(shù)的不斷發(fā)展,壓力作為對(duì)物質(zhì)狀態(tài)調(diào)控的獨(dú)立變量在凝聚態(tài)物理研究中得到了越來越廣泛的應(yīng)用.高壓研究對(duì)發(fā)現(xiàn)新材料、新現(xiàn)象、新規(guī)律及對(duì)其形成機(jī)理的理解和對(duì)相關(guān)理論的驗(yàn)證起到了不可替代的重要作用,近年來在對(duì)鐵基超導(dǎo)體超導(dǎo)電性的高壓研究中取得的諸多重要研究進(jìn)展充分說明了這一點(diǎn).本文簡(jiǎn)要介紹了在壓力下鐵砷基超導(dǎo)體中呈現(xiàn)出的一些有趣的物理現(xiàn)象及其所反映出的物理內(nèi)涵,例如,壓力下對(duì)1111體系超導(dǎo)電性的研究在指導(dǎo)常壓下用小離子半徑元素替代獲得最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的鐵砷基超導(dǎo)體和推測(cè)鐵砷基超導(dǎo)體超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度上限等方面起到了重要作用;壓力可抑制122體系母相的磁有序進(jìn)而誘發(fā)超導(dǎo)電性,并揭示出Eu-122體系中Eu離子插層的磁有序與FeAs層超導(dǎo)電性的關(guān)系;在新型鐵砷基超導(dǎo)體Ca0.73La0.27FeAs2中發(fā)現(xiàn)的壓致雙臨界點(diǎn)現(xiàn)象等.希望本文能對(duì)讀者了解鐵砷基超導(dǎo)體的高壓研究進(jìn)展情況有所幫助.

高壓,超導(dǎo)電性,鐵砷基超導(dǎo)體

1 引 言

2008年初,日本東京工業(yè)大學(xué)的Hosono教授研究組[1]首次報(bào)道了在氟(F)摻雜的鐵砷化合物L(fēng)aFeAsO(1111體系)中發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(TC)為26 K的超導(dǎo)電性,從此揭開了繼銅氧化物高溫超導(dǎo)體之后高溫超導(dǎo)材料探索及超導(dǎo)機(jī)理研究的新篇章.鐵砷基超導(dǎo)體和銅氧化物高溫超導(dǎo)體類似,也具有層狀準(zhǔn)二維晶體結(jié)構(gòu),主要由FeAs層和中間插層構(gòu)成.根據(jù)這一特點(diǎn),具有不同種類插層結(jié)構(gòu)的鐵砷基超導(dǎo)體被分為Re FeAs(O/F)(Re為稀土元素)“1111”體系[1],AFeAs(A為堿金屬元素)“111”體系[2],AR FeAs2(AR為稀土元素?fù)诫s的堿土金屬元素)“112”體系、MFe2As2(M為堿土金屬、堿金屬及Eu)“122”體系[3]以及由122體系衍生出的更復(fù)雜的 “21311”,“10-3-8”體系等[4,5].圖1為四種主要鐵砷基超導(dǎo)體系的晶體結(jié)構(gòu).

壓力(P)作為一種極端的實(shí)驗(yàn)條件和重要的物理維度以及對(duì)研究材料狀態(tài)的獨(dú)特調(diào)控方式,在凝聚態(tài)物理及材料科學(xué)等相關(guān)前沿科學(xué)研究領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用.作為獨(dú)立于溫度和化學(xué)組分之外的一個(gè)參量,壓力在物質(zhì)科學(xué)研究中的作用是其他參量無法替代的.壓力最基本的效應(yīng)就是使材料內(nèi)部原子間距縮小,從而影響到材料的物理、化學(xué)性質(zhì),進(jìn)而使材料呈現(xiàn)出新現(xiàn)象、新規(guī)律及新性質(zhì).在壓力的作用下,材料中會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)相變、金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變以及超導(dǎo)轉(zhuǎn)變等豐富的物理現(xiàn)象[6?9].了解壓力下TC的變化規(guī)律對(duì)超導(dǎo)機(jī)理的理解有重要的意義外,對(duì)指導(dǎo)常壓下提高TC、設(shè)計(jì)新型超導(dǎo)體和探索新材料也有很大幫助.比如,在提高鐵基超導(dǎo)體的TC的探索研究中,1111體系超導(dǎo)體LaFeAsO1?xFx的TC在壓力下有所上升[10,11],啟發(fā)了趙忠賢團(tuán)隊(duì)用具有較小離子半徑的Sm替代La,并采用高溫高壓合成的方法使TC提高到55 K[12],為鐵基超導(dǎo)體的快速發(fā)展做出了關(guān)鍵的貢獻(xiàn).

圖1 四類主要鐵砷基超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu),其中FeAs層為超導(dǎo)“基因”層(如藍(lán)色背底所示)Fig.1.The crystal structu res of 1111-type,122-type,112-type and 111-type iron pnictide superconductors,displaying the same superconducting Fe-As layers with d iff erent inter-layers.

常壓下的研究結(jié)果表明,鐵砷基超導(dǎo)體的TC與鐵砷層的As—Fe—As鍵角以及陰離子As相對(duì)于Fe層的高度有直接關(guān)系[13?15].壓力是一種調(diào)制晶體結(jié)構(gòu)、改變?cè)娱g距和成鍵角度的“純凈”手段,不像化學(xué)摻雜那樣向研究體系中引進(jìn)化學(xué)復(fù)雜性.鐵砷基超導(dǎo)體對(duì)于壓力的敏感性使得高壓研究手段能在鐵基超導(dǎo)體超導(dǎo)電性的研究方面發(fā)揮重要作用.

本文圍繞壓力下研究比較多的兩種鐵砷基超導(dǎo)體(1111體系及122體系)和其他幾類有趣的鐵砷基超導(dǎo)體的高壓研究進(jìn)展,介紹鐵砷基超導(dǎo)體在高壓研究方面的概況.希望能為讀者對(duì)鐵砷基超導(dǎo)體高壓行為的了解勾畫出一個(gè)粗略的輪廓,更希望能為理論和實(shí)驗(yàn)上開展更加深入的研究提供一組較為系統(tǒng)的關(guān)于壓力下行為的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)而為非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)理的破解提供有用的信息.本文所列舉的研究實(shí)例包括了作者所在的課題組和國(guó)內(nèi)外其他研究小組在鐵砷基超導(dǎo)體高壓研究方面取得的部分研究結(jié)果.

2 壓力下的1111體系

1111體系化合物(Re FeAsO,Re為L(zhǎng)a,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd等稀土元素)在室溫下具有四方的Zr-CuSiAs型準(zhǔn)二維晶體結(jié)構(gòu)(空間群為P 4/nmm),由鐵砷(FeAs)層和稀土氧(Re-O)層構(gòu)成.其中,FeAs層是超導(dǎo)層,而Re-O層是載流子庫(kù)層(提供載流子).這種各司其職又互相關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)二維插層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與銅氧化物超導(dǎo)體相似.對(duì)這類化合物在不同位置上的組分替代、摻雜和施加外部壓力等均被認(rèn)為是提高鐵砷基超導(dǎo)體TC的有效方法.

未摻雜的1111體系化合物在常壓下并不超導(dǎo).在降溫過程中,先發(fā)生從四方相到正交相的結(jié)構(gòu)相變,然后,在更低溫度下出現(xiàn)反鐵磁有序態(tài)[16?24].通過化學(xué)摻雜或外部壓力可以抑制反鐵磁有序態(tài),誘發(fā)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變.例如,LaFeAsO和SmFeAsO在壓力下其結(jié)構(gòu)相變溫度(TS)和反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度(TM)均會(huì)被抑制,隨后出現(xiàn)超導(dǎo)電性.LaFeAsO的最高TC在12 GPa壓力下達(dá)到最高值(21 K),而SmFeAsO的TC在9 GPa壓力下為11 K[25].

Lu等和Takahashi等分別對(duì)LaFeAsO0.89F0.11材料進(jìn)行了高壓研究,發(fā)現(xiàn)TC的壓力效應(yīng)為正(TC隨壓力增加而升高)[10],在4 GPa壓力下其TC達(dá)到43 K[11].據(jù)此,趙忠賢團(tuán)隊(duì)率先通過用其他小半徑的稀土元素如Ce,Pr,Nd,Sm等替代La-1111中的La提高了TC,其中SmFeAsO0.9F0.1[12],SmFeAsO0.85[26]及Gd0.8Th0.2FeAsO[23]的TC均可達(dá)到55 K左右.Yi等[27]在對(duì)采用高壓方法合成的一系列La-Sm混合稀土的1111體系超導(dǎo)體La1?xSmxFeAsO0.85的研究中發(fā)現(xiàn)隨著離子半徑相對(duì)較小的Sm含量的不斷增加(La含量的不斷減少),其TC逐步提高.這一結(jié)果證實(shí)了單純通過施加化學(xué)內(nèi)壓力就可以提高1111體系超導(dǎo)體的TC.同時(shí),也使人們對(duì)1111體系超導(dǎo)體在外部壓力下其TC能否進(jìn)一步提高產(chǎn)生了濃厚的興趣.1111體系在壓力下所表現(xiàn)出的一些物理現(xiàn)象,為人們對(duì)這類超導(dǎo)體的理解提供了直接的實(shí)驗(yàn)依據(jù).

2.1 鐵砷基1111體系超導(dǎo)體的最高TC推測(cè)

常壓下含有不同稀土元素的1111體系化合物的TC對(duì)壓力的響應(yīng)不盡相同.人們對(duì)1111體系化合物開展了大量的高壓研究,取得了許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果(如表1所列).由該表可見,Pr0.75Sr0.25FeAsO、欠摻雜Sm-1111體系及所有La-1111體系化合物的超導(dǎo)電性都具有正的壓力效應(yīng),而最佳摻雜和過摻雜的Sm-1111體系以及Ce-1111,Nd-1111,Gd-1111超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性都具有負(fù)的壓力效應(yīng).

Yi等[28]在高壓下原位電阻等物性測(cè)量研究中發(fā)現(xiàn),具有最佳氧含量的SmFeAsO0.85和Nd-FeAsO0.85隨著壓力的升高其TC會(huì)下降,其壓力效應(yīng)(d TC/d P)分別為?2.0 K/GPa和?2.6 K/GPa.綜合考慮實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算結(jié)果,他們認(rèn)為壓力對(duì)超導(dǎo)電性的負(fù)作用主要?dú)w因于壓力導(dǎo)致了其費(fèi)米面附近態(tài)密度的降低.Lu等[29]發(fā)現(xiàn)高壓合成的過量氟摻雜樣品LaFeAsO0.4F0.6常壓下的TC為41 K.隨后Yi等[30]發(fā)現(xiàn),高氧缺位樣品LaFeAsO0.3從名義組分上看屬于過摻雜樣品,常壓下的TC為43 K,而在1.5 GPa的壓力下其TC達(dá)到50 K.過量氟摻雜的LaFeAsO0.5F0.5樣品其常壓下的TC為37.5 K,在壓力2.7 GPa下達(dá)到45 K.LaFeAs(O0.89F0.11)常壓下的TC為26 K,在壓力3 GPa下達(dá)到30.5 K.三種材料在壓力作用下均形成具有拱形TC-P關(guān)系的相圖.其中LaFeAs(O0.89F0.11)的高壓研究結(jié)果與Zocco等[31]對(duì)LaFeAs(O0.89F0.11)的高壓研究取得的結(jié)果基本一致,而過量氟摻雜的LaFeAs(O0.5F0.5)的高壓研究數(shù)據(jù)與Takahashi等[11]對(duì)LaFeAs(O0.89F0.11)的高壓研究結(jié)果相符合.

常壓下LaFeAsO0.3的TC為43 K,這是La-1111體系超導(dǎo)體在常壓下迄今為止達(dá)到的最高TC.在壓力的作用下,其TC迅速提高,壓力效應(yīng)為7.5 K/GPa.在約1.5GPa壓力下達(dá)到50 K的最大值,之后呈線性下降(d TC/d P=?1.2 K/GPa),直到該實(shí)驗(yàn)的最高壓力(約13 GPa).可見,雖然常壓下LaFeAsO0.3的TC要比LaFeAs(O0.89F0.11)高,但是二者TC的壓力效應(yīng)都是先正后負(fù).

將上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理可得到TC與壓力的關(guān)系,如圖2所示.如果對(duì)每個(gè)樣品的TC隨著壓力升高而下降部分的TC-P數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,并反向延長(zhǎng)至常壓,發(fā)現(xiàn)所有樣品在常壓下的TC都在55 K左右.由此,Yi等[30]認(rèn)為這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鐵砷基超導(dǎo)體可實(shí)現(xiàn)的極限TC可能不會(huì)超過60 K.的確如此,到目前為止在塊體鐵砷基超導(dǎo)體中尚未發(fā)現(xiàn)TC突破此推測(cè)極限的情況.

表1 具有1111結(jié)構(gòu)的鐵砷基超導(dǎo)體的常壓TC與高壓TC的對(duì)比.表中AP-TC為常壓下的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度;Max-TC為最高TC(包括壓力下);Pmax為最高TC對(duì)應(yīng)的壓力值;Ph為所研究的最高壓力;AP為常壓條件Tab le 1.The TCvalues of iron pnictide superconductors with 1111 type structu re ob tained at ambient pressure and high pressure.AP,ambient pressure;Max-TC,the highest TC(including the TCachieved at high pressure);Pmax,the pressure where themaximumTCis achieved;Ph,the highest pressu re applied for the investigations.

圖2 在常壓下具有不同TC的La-1111體系的TC-P相圖Fig.2.Temperature-pressure phase diagramof the La-1111 samples.

2.2 壓力下Ce-1111超導(dǎo)體中超導(dǎo)電性與近藤效應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)

Sun等[36]對(duì)x為0.1和0.3的CeFeAsO1?xFx的鐵砷基超導(dǎo)體開展高壓下的電阻測(cè)量、X射線衍射測(cè)量以及X射線吸收譜研究,發(fā)現(xiàn)了在壓力作用下CeFeAsO1?xFx從超導(dǎo)態(tài)到非超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變(如圖3所示).

圖3 CeFeAsO1?xFx(x為0.12,0.16及0.3)[34,36]的TC-P相圖,插圖為SmFeAsO0.85,LaFeAsO0.5F0.5和LaFeAsO0.89F0.11的TC-P相圖Fig.3.Pressu re dependence of the superconducting transition temperature(TC)for CeFeAsO1?xFx(x=0.12,0.16 and 0.3)[34,36]samples.The inset shows the plots of TC-P for SmFeAsO0.85,LaFeAsO0.5F0.5and LaFeAsO0.89F0.11superconductors.

電阻測(cè)量表明,CeFeAsO1?xFx的TC隨著壓力的升高而緩慢下降.大約在8 GPa壓力以上,其TC突然驟降然后超導(dǎo)消失[34,36].比較不同F(xiàn)摻雜量的CeFeAsO1?xFx樣品,發(fā)現(xiàn)F摻雜量越高的樣品在壓力作用下TC降低并消失的越迅速.與周期表中位于Ce兩側(cè)的Sm和La的1111體系超導(dǎo)樣品的TC-P相圖相比較,發(fā)現(xiàn)其他Re-1111體系超導(dǎo)體在壓力作用下并沒有出現(xiàn)這種類似現(xiàn)象.雖然也出現(xiàn)TC下降,但是直到20 GPa,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變依然沒有消失.高壓下原位X射線衍射以及X射線吸收譜研究發(fā)現(xiàn),在超導(dǎo)電性消失的臨界壓力點(diǎn)下,樣品的晶格發(fā)生了坍塌,同時(shí)Ce離子的價(jià)態(tài)發(fā)生了變化.他們認(rèn)為這種Ce-1111超導(dǎo)體中TC在壓力作用下突然消失的現(xiàn)象可能源于這種超導(dǎo)體中存在的超導(dǎo)相和近藤效應(yīng)的相互競(jìng)爭(zhēng).

圖4 (a)不同壓力下GdFeAsO0.85的比熱測(cè)量結(jié)果,插圖為?C/TC對(duì)溫度的依賴關(guān)系,其中藍(lán)色實(shí)心三角形為常壓下SmFeAsO0.6的比熱測(cè)量結(jié)果[44];(b)Gd FeAsO0.85的TC-P相圖,其中紅色方形和綠色方形分別為電阻測(cè)量和磁化率測(cè)量結(jié)果,藍(lán)色圓形為比熱測(cè)量結(jié)果Fig.4.(a)The temperature(T)dependence of the excess specifi c heat of GdFeAsO0.85(?C/T)related with superconducting transition at diff erent pressu res,the inset shows?C/TCvs Tin a log-log scale,bold triangle represents the ambient pressu re data for SmFeAsO0.6[44];(b)TC-P phase d iagramof GdFeAs0.85,ob tained fromresistance,alternating cu rrent susceptibility and specifi c heat measurements.

2.3 G d-1111超導(dǎo)體超導(dǎo)電性的高壓抑制

Zhou等[42]對(duì)最佳氧空位的GdFeAsO0.85多晶樣品開展了高壓下的超導(dǎo)電性研究,包括低溫下的電阻測(cè)量、交流磁化率測(cè)量以及比熱測(cè)量,發(fā)現(xiàn)隨著壓力的增加其TC單調(diào)下降.此外,他們還對(duì)該樣品進(jìn)行了高壓原位比熱(C)測(cè)量,這是首次報(bào)道的關(guān)于鐵砷基1111體系超導(dǎo)體的高壓比熱測(cè)量結(jié)果.圖4(a)為不同壓力下比熱的測(cè)量結(jié)果和分析,可見,?C/TC與T2成正比(見插圖).將高壓下電阻測(cè)量、磁化率測(cè)量以及比熱測(cè)量得到的TC-P關(guān)系匯總于圖4(b),發(fā)現(xiàn)壓力對(duì)于GdFeAsO0.85的TC的影響并非是線性的.在低壓范圍內(nèi),TC的壓力效應(yīng)約為?1.4 K/GPa,而在5 GPa附近時(shí),壓力效應(yīng)達(dá)到?4.9 K/GPa.由此,他們推測(cè)大概在10 GPa附近GdFeAsO0.85的超導(dǎo)電性將會(huì)完全消失,該結(jié)論還有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.

3 壓力下的122體系

122體系的鐵基超導(dǎo)體MFe2As2(M為堿金屬、堿土金屬或Eu)具有ThCr2Si2型晶體結(jié)構(gòu),與1111體系相似之處是都具有包含F(xiàn)eAs層的準(zhǔn)二維結(jié)構(gòu),不同之處在于其FeAs層之間的插層由金屬陽(yáng)離子層替代了Re-O層.下面分三種情況介紹這類材料的超導(dǎo)電性在高壓下的研究進(jìn)展.

3.1 A-122(A=K,Rb,Cs)體系TC的壓力效應(yīng)

堿金屬插層的122體系超導(dǎo)體AFe2As2(A為Na,K,Rb,Cs,簡(jiǎn)稱為A-122)在常壓下具有超導(dǎo)電性[3,45?55],施加外部壓力后,其TC隨壓力的變化不盡相同.圖5中是A-122體系主要成員TC的高壓研究結(jié)果.Tafti等[56?58]發(fā)現(xiàn)在壓力不高于2.5 GPa時(shí),其TC均先降低后升高,構(gòu)成V形TC-P相圖.比如,KFe2As2在常壓下其TC為3.6 K,當(dāng)壓力為1.75 GPa時(shí),其TC下降到1.6 K,然后又隨著壓力的增加而升高;RbFe2As2在常壓下其TC為2.5 K,在1.1 GPa壓力作用下其TC下降到1.2 K,隨后又隨著壓力的增加而升高;類似的TC-P相圖在CsFe2As2中也被觀察到[56?58].對(duì)于A-122體系中TC的壓力效應(yīng)由負(fù)變正的物理解釋,科學(xué)家們開展了一系列高壓研究和討論.Tafti等[56]指出K-122的TC在壓力作用下的V形轉(zhuǎn)變是由于其超導(dǎo)配對(duì)從d波到s波的變化所致.而Taufour等[59]和Terashima等[60]則認(rèn)為是由于能帶結(jié)構(gòu)在臨界壓力以上發(fā)生了改變.此外,高壓下的核磁共振研究認(rèn)為,這種V形的TC-P關(guān)系與自旋漲落相關(guān)[61,62].

KFe2As2的TC對(duì)傳壓介質(zhì)和加壓方式很敏感.Nakajima等[63]利用金剛石對(duì)頂砧,在以NaCl為傳壓介質(zhì)進(jìn)行的高壓研究中發(fā)現(xiàn),壓力為15 GPa以上時(shí),K-122出現(xiàn)了一個(gè)新的超導(dǎo)相,而且TC隨著壓力的增大而降低.Ying等[64]利用金剛石對(duì)頂砧,以液體Daphne 7373為傳壓介質(zhì)對(duì)K-122的高壓研究中,在約16 GPa壓力以上同樣發(fā)現(xiàn)了這一新的超導(dǎo)相.而Wang等[65]采用立方六面對(duì)頂砧對(duì)K-122的研究中,在17.5GPa的靜水壓力環(huán)境下并沒有發(fā)現(xiàn)上述新的超導(dǎo)相.

圖5 AFe2As2(A為K,Rb和Cs)的TC-P相圖,不同的背底顏色用來區(qū)分K-122的四方相結(jié)構(gòu)(T-phase)和坍塌四方相結(jié)構(gòu)(cT-phase)Fig.5.The temperature-pressu re phase diagramof AFe2As2(A=K,Rb,and Cs).The yellowregion and b lue region showthe pressu re dependence of TCin the T-phase and cT-phase,respectively.

壓力作用下A-122的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)從四方相(T-phase)轉(zhuǎn)變成坍塌的四方相(cT-phase).K-122的四方相到坍塌四方相轉(zhuǎn)變的臨界壓力約為15 GPa[63,64],Na-122的臨界壓力約為4 GPa[66].K-122新的高溫超導(dǎo)相的出現(xiàn),對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)為cT相的壓力區(qū)域(如圖5).

3.2 Ae-122(Ae=Ca,Sr,Ba)體系的高壓研究

當(dāng)MFe2As2體系中的M為堿土金屬時(shí),常壓下的母相材料在低溫下出現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)相變(從四方相I4/mmm(ThCr2Si2型結(jié)構(gòu))到正交相Fmmm(β-SrRh2As2型結(jié)構(gòu))),同時(shí)伴有反鐵磁相變(即TS=TM).含有不同堿土金屬的這類化合物,其相變溫度有所不同,比如,CaFe2As2的TS(或TM)約為170 K[67,68],SrFe2As2的TS(或TM)約為205 K[69],BaFe2As2的TS(或TM)約為132 K[70](140 K[71]). 通過化學(xué)摻雜可以壓制TS和TM,誘發(fā)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變,例如,采用過渡金屬TM(TM為 Co,Ni,Pd,Rh,Ru,Pt,Ir等)在Fe位摻雜的Ae(Fe1?xTMx)2As2在常壓下均表現(xiàn)出超導(dǎo)電性[72?82].此外,外部壓力作用同樣可以誘發(fā)該體系的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變.

研究發(fā)現(xiàn),Ae-122體系化合物的超導(dǎo)電性對(duì)壓力環(huán)境的敏感性極強(qiáng),相同樣品在軸壓和靜水壓力環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差很大,如進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的起始?jí)毫?最高TC以及最高TC對(duì)應(yīng)的臨界壓力等在不同的壓力環(huán)境下均有所不相同[83?86].

例如,對(duì)BaFe2As2單晶樣品采用不同傳壓介質(zhì)的高壓研究就出現(xiàn)了幾種不同的結(jié)果[87?91].Alireza等[87]報(bào)道,在2.8 GPa壓力下出現(xiàn)超導(dǎo)態(tài),隨后在4.5 GPa壓力下其TC最高達(dá)到29 K.而Mani等[90]報(bào)道,BaFe2As2在1.5GPa的壓力下最高TC為35 K.Kimber等[92]則報(bào)道,在5.5 GPa的壓力下其最高TC為31 K.結(jié)果表明:相對(duì)靜水壓而言,軸壓更有利于BaFe2As2中超導(dǎo)態(tài)的出現(xiàn).

再如,Sr-122體系中,壓力對(duì)于結(jié)構(gòu)相變和磁相變溫度的抑制速率大概在?10 K/GPa到?13 K/GPa之間[93,94].值得注意的是靜水壓環(huán)境的不同,會(huì)得到不同的高壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果(雖然它們的趨勢(shì)相近).Takahashi等[95]在高壓下電阻測(cè)量中發(fā)現(xiàn),在1.5 GPa壓力下超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的起始溫度出現(xiàn)在11.5 K;當(dāng)壓力約為4 GPa時(shí)TC達(dá)到34 K,隨著壓力的繼續(xù)增加TC開始降低.而Alireza等[87]在高壓下磁測(cè)量中發(fā)現(xiàn),在3.1 GPa壓力下TC為25 K,在3.8GPa壓力下TC達(dá)到27 K的最高值,隨后下降.

壓力環(huán)境對(duì)于TC的影響在Ca-122中表現(xiàn)尤為突出.對(duì)于CaFe2As2的高壓研究發(fā)現(xiàn),在準(zhǔn)靜水壓約0.5 GPa下,TC約為10 K[96?100].而當(dāng)采用氦氣為傳壓介質(zhì)的更好的靜水壓條件下,卻沒有出現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)[85].可見,即使對(duì)同一樣品,使用不同的傳壓介質(zhì)得到的溫度-壓力相圖也有所不同[84].Torikachvili等[96]報(bào)道了Ca-122在比較低的壓力(0.23GPa)下便出現(xiàn)超導(dǎo)電性,在0.5 GPa下TC升高到12 K.而Park等[97]在0.69 GPa下發(fā)現(xiàn)其最高TC約為13 K.

此外,對(duì)于摻雜的Ba-122體系超導(dǎo)體,因摻雜情況不同,其TC的壓力效應(yīng)也不盡相同.如電子欠摻雜的超導(dǎo)體Ba(Fe1?xCox)2As2中,超導(dǎo)態(tài)與反鐵磁態(tài)共存,在2.4 GPa壓力下,其反鐵磁有序溫度從66 K下降到約52 K,而TC由11 K升高到21 K[101,102];對(duì)于最佳摻雜及過摻雜的樣品,壓力對(duì)TC的影響卻微乎其微[103];而對(duì)于空穴最佳摻雜的Ba0.55K0.45Fe2As2而言,TC的壓力效應(yīng)為?2 K/GPa[96].

3.3 高壓下Eu-122中Eu價(jià)態(tài)的變化及磁有序與超導(dǎo)電性的競(jìng)爭(zhēng)

不同于AeFe2As2,EuFe2As2含有4f電子,因而具有一些獨(dú)特的性質(zhì).由于Eu2+(4f7電子構(gòu)型)的離子半徑相對(duì)于Eu3+(4f6電子構(gòu)型)的離子半徑大,在壓力作用下Eu-122中的Eu離子容易發(fā)生從二價(jià)到三價(jià)的價(jià)態(tài)變化.因而,施加外部壓力或在As位采用等價(jià)態(tài)磷的摻雜引入化學(xué)內(nèi)壓力均能導(dǎo)致Eu離子價(jià)態(tài)的變化,同時(shí)誘發(fā)超導(dǎo)電性[104,105].

Sun等[106]在常壓下對(duì)EuFe2As2,EuFe2As1.4-P0.6以及EuFe1.715Co0.285As2中的Eu離子通過室溫X射線吸收譜進(jìn)行價(jià)態(tài)表征的研究中發(fā)現(xiàn),只在EuFe2As1.4P0.6超導(dǎo)體中存在Eu2+和Eu3+的混價(jià)態(tài),如圖6(a)所示,并確定了其Eu離子的平均價(jià)態(tài)為2.32.在高壓下對(duì)EuFe2As2中的Eu通過原位X射線吸收譜進(jìn)行價(jià)態(tài)表征,發(fā)現(xiàn)在壓力的作用下,譜權(quán)重由Eu2+向Eu3+的轉(zhuǎn)移,如圖6(b)所示,插圖中給出了Eu的平均價(jià)態(tài)與壓力的關(guān)系.在2.8 GPa下,EuFe2As2中的Eu離子平均價(jià)態(tài)約為2.3,這與常壓下EuFe2As1.4P0.6中的Eu離子的平均價(jià)態(tài)(2.32)接近.EuFe2As2在2.8 GPa下,其晶胞體積受到壓縮后與同結(jié)構(gòu)的EuFe2As1.4P0.6在常壓下的晶胞體積相近.Terashima等[107]報(bào)道EuFe2As2在壓力2.8 GPa下的TC為30 K,與常壓下EuFe2As1.4P0.6的TC(26 K)[108]也相近.

對(duì)于EuFe2As2的高壓研究還發(fā)現(xiàn),隨著壓力的增加,FeAs層的反鐵磁有序態(tài)被壓力壓制后出現(xiàn)了超導(dǎo)電性.在壓力下Eu-122體系中的超導(dǎo)電性與其價(jià)態(tài)變化的關(guān)聯(lián)性是一個(gè)十分有趣的問題.理解這些問題對(duì)于我們理解超導(dǎo)機(jī)理大有裨益.對(duì)于由磁性導(dǎo)電層和非磁性插層組成的非常規(guī)超導(dǎo)體如銅氧化物超導(dǎo)體和大多數(shù)的鐵基超導(dǎo)體而言,其超導(dǎo)電性的出現(xiàn)與導(dǎo)電層的長(zhǎng)程反鐵磁序的抑制緊密相關(guān).

圖6 (a)常壓下EuFe2As2,EuFe2As1.4P0.6和 EuFe1.715Co0.285的X射線吸收譜;(b)不同壓力下EuFe2As2的X射線吸收譜,插圖所示為EuFe2As2中Eu的平均價(jià)態(tài)與壓力的關(guān)系Fig.6.(a)X-ray absorption spectra data ob tained at ambient pressu re for the three samples;(b)X-ray absorption spectra data for EuFe2Aa2obtained at diff erent pressures.The inset shows the plot of pressu re vsmean valence of Eu ions in EuFe2As2.

由于Eu-122體系中存在兩種不同磁性起源的結(jié)構(gòu)層(FeAs層和Eu離子層)[18],所以在鐵基超導(dǎo)體成員中它具有特殊性[109,110].對(duì)于這種獨(dú)特的體系,Eu插層中的磁性與該樣品超導(dǎo)電性的關(guān)系是備受關(guān)注的前沿問題.Guo等[111]對(duì)EuFe2(As0.81P0.19)2單晶樣品開展了系統(tǒng)和深入的高壓研究,包括原位電阻測(cè)量、比熱測(cè)量、X射線衍射測(cè)量及X射線吸收測(cè)量.如圖7所示,隨著壓力的升高,TC不斷下降,而Eu離子插層的磁有序態(tài)轉(zhuǎn)變溫度(Tm)不斷上升,其有序態(tài)與超導(dǎo)態(tài)在很窄的壓力范圍(0—0.5 GPa)內(nèi)是共存的.隨著壓力的繼續(xù)升高,當(dāng)Eu離子插層的磁有序轉(zhuǎn)變溫度高于TC時(shí),超導(dǎo)電性消失.高壓同步輻射X射線衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:EuFe2(As0.81P0.19)2在所研究的壓力范圍內(nèi)并沒有發(fā)生結(jié)構(gòu)相變,但是在9 GPa壓力附近發(fā)現(xiàn)c軸有明顯的塌縮.高壓同步輻射吸收實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Eu離子的價(jià)態(tài)隨著壓力的升高從二價(jià)向三價(jià)轉(zhuǎn)變.可見壓致體積塌縮是促進(jìn)Eu價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變的主要原因.該研究首次綜合研究了壓力下Eu離子插層的磁性對(duì)FeAs層的超導(dǎo)電性影響,提出了Eu離子插層磁有序轉(zhuǎn)變溫度低于TC時(shí),超導(dǎo)電性可與Eu離子層的磁有序態(tài)共存.當(dāng)Eu離子層磁有序的轉(zhuǎn)變溫度高于TC時(shí),超導(dǎo)電性不再存在.這些研究結(jié)果豐富了人們對(duì)鐵基超導(dǎo)體中磁性插層的有序態(tài)與超導(dǎo)態(tài)間相互作用的認(rèn)識(shí).

圖7 EuFe2(As0.81P0.19)2的壓力-溫度相圖,圖中TC為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變臨界溫度,Tm為PM-UM的轉(zhuǎn)變溫度,T為PM-FM的轉(zhuǎn)變溫度Fig.7.Pressu re-Temperature phase diagramof the EuFe2(As0.81P0.19)2sample.TC(R)stands for superconducting transition temperature determined fromelectrical resistancemeasu rements;Tm(R)and Tm(C)represent the onset temperature of PM-UMtransition of the Eu ions,which are obtained fromelectrical resistance and heat capacity measurements;T(R)and T(C)represent the onset temperatu re of PM-FMtransition,which are ob tained fromelectrical resistance and heat capacity measurements.

4 其他體系鐵砷基超導(dǎo)體的高壓研究

對(duì)于準(zhǔn)二維插層結(jié)構(gòu)的鐵砷基超導(dǎo)體,在不改變FeAs超導(dǎo)層的基礎(chǔ)上,插入不同的中間插層可以在調(diào)制載流子濃度的同時(shí),改變化學(xué)內(nèi)壓力以及FeAs層與插層間的相互作用進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)超導(dǎo)態(tài)的調(diào)制.例如,在122體系的基礎(chǔ)上,通過復(fù)雜的插層結(jié)構(gòu),增加FeAs層之間距離便成為了材料物理學(xué)家探索新型超導(dǎo)材料的又一個(gè)有效途徑.如Sr2VO3FeAs(21311)便是具有復(fù)雜插層結(jié)構(gòu)的一類122體系鐵基超導(dǎo)體.其中間插層為復(fù)雜的Sr4V2O6層[4].其常壓下TC為36.4 K,而在4 GPa壓力下其TC提高到約46 K[112].Sr2Mg2Ti0.7O3FeAs同樣具有復(fù)雜的插層結(jié)構(gòu),其TC在常壓下為37 K,而在4.2 GPa壓力下其TC提高到43 K[113].此外,還有下列幾種重要的FeAs基超導(dǎo)體在壓力下表現(xiàn)出有趣的行為.

4.1 兩種111體系壓致超導(dǎo)電性變化的比較

111體系超導(dǎo)體AFeAs(A=Li,Na)具有Cu2Sb型的插層結(jié)構(gòu),空間群為P 4/nmm(與1111體系超導(dǎo)體一樣),FeAs層之間的插層為堿金屬離子層. Gooch等[114]對(duì)LiFeAs的高壓研究中發(fā)現(xiàn)TC的壓力效應(yīng)為?1.5 K/GPa,這與Zhang等[115]對(duì)LiFeAs開展的高壓研究的結(jié)果一致.而Na1?xFeAs在3 GPa壓力下其TC從26 K升高到31 K,隨后隨著壓力繼續(xù)增加TC迅速下降(如圖8所示)[116].高壓原位X射線衍射測(cè)量結(jié)果表明[117],As—Fe—As的鍵角是決定TC的關(guān)鍵因素.由于Li離子半徑比Na離子半徑小,所以LiFeAs的壓力效應(yīng)該處于NaFeAs的TC-P相圖中TC下降的階段.

4.2 具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)10-3-8體系的壓致超導(dǎo)電性及其與摻雜效應(yīng)的對(duì)比

Ca10(Pt3As8)(Fe2As2)5是一種新型的具有更為復(fù)雜插層結(jié)構(gòu)的鐵砷基化合物(簡(jiǎn)稱為10-3-8體系),其晶體結(jié)構(gòu)可描述為在CaFe2As2晶格中交替插入PtnAs8中間層,即在一個(gè)晶胞中以Ca-PtnAs8-Ca-Fe2As2復(fù)雜的層狀形式堆垛而成[118?124].未摻雜的10-3-8化合物為反鐵磁半導(dǎo)體.通過用Pt部分替代其FeAs層中的Fe,可誘導(dǎo)超導(dǎo)電性的出現(xiàn)[121?124].

圖8 NaFeAs的TC,As—Fe—As鍵角以及晶體結(jié)構(gòu)與壓力的依賴關(guān)系Fig.8.The pressu re dependence of TC,As—Fe—As bond angle and crystalline structu re of NaFeAs.

圖9 Ca10(Pt3As8)(Fe2As2)5單晶樣品的溫度-壓力相圖及其與溫度-摻雜相圖的對(duì)比(實(shí)心綠點(diǎn)和藍(lán)點(diǎn)代表壓力下的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度TC,空心四方型代表Fe位Pt摻雜得到的TC)Fig.9.Temperatu re-pressure electronic phase d iagramfor the Ca10(Pt3As8)(Fe2As2)5,and scaled temperatu re-doping phase d iagram.

Gao等[5]通過高壓原位電阻測(cè)量、交流磁化率測(cè)量、霍爾測(cè)量及同步輻射X射線結(jié)構(gòu)分析等綜合實(shí)驗(yàn)手段,對(duì)這類具有復(fù)雜插層結(jié)構(gòu)的化合物進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的高壓研究.他們發(fā)現(xiàn)壓力可有效地抑制樣品中的反鐵磁長(zhǎng)程序,誘發(fā)超導(dǎo)電性.在壓力小于2.5 GPa以下時(shí),10-3-8化合物表現(xiàn)出半導(dǎo)體特征.低溫下其反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度隨著壓力的增加而下降.在壓力為3.5 GPa處,其反鐵磁有序態(tài)被抑制,樣品進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)(如圖9所示).

將溫度-壓力電子相圖和Fe位Pt摻雜的溫度-摻雜電子相圖相對(duì)比,發(fā)現(xiàn)在4.1 GPa以內(nèi),壓力和電子摻雜對(duì)該體系的反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度的抑制和TC的影響十分相似.然而在更高壓力下,壓力和電子摻雜對(duì)該體系TC的影響則完全不同,表明兩種途徑對(duì)費(fèi)米面拓?fù)湫再|(zhì)的影響是不同的.這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果為進(jìn)一步深入開展對(duì)鐵基超導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)和理論研究提供了重要的信息.

4.3 壓力下112體系相圖中的雙臨界點(diǎn)

Ca1?xLaxFeAs2(簡(jiǎn)稱為AR-112)體系是一個(gè)新型鐵砷基體.與MFe2As2相比,這類超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)可以描述為FeAs層與復(fù)雜的(Ae/Re)-As-(Ae/Re)插層構(gòu)成.空間群為P 21(No.4).當(dāng)La摻雜量為0.15時(shí),其晶體結(jié)構(gòu)才穩(wěn)定,并且反鐵磁態(tài)與超導(dǎo)態(tài)共存[125].當(dāng)La摻雜大于0.25后,該體系具有純的反鐵磁態(tài)[126].

Zhou等[127]對(duì)具有純反鐵磁態(tài)的Ca0.73-La0.27FeAs2開展了高壓原位電阻測(cè)量、交流磁化率測(cè)量以及比熱測(cè)量等.他們發(fā)現(xiàn)壓力可以使其反鐵磁有序態(tài)被逐漸抑制,在反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度(TM)突然消失的壓力點(diǎn),超導(dǎo)態(tài)同時(shí)出現(xiàn).而且,其TM與TC的數(shù)值非常接近,幾乎相交于一點(diǎn).這是首次從實(shí)驗(yàn)上在高溫超導(dǎo)體的TC-P相圖中發(fā)現(xiàn)的具有雙臨界點(diǎn)的反鐵磁與超導(dǎo)相變.這一發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)112體系超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性有了更為深刻的理解,而且對(duì)于其他具有3d電子的超導(dǎo)體中超導(dǎo)電性與反鐵磁關(guān)系的理解也具有重要的意義.

5 壓力對(duì)各類鐵砷基超導(dǎo)體超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的影響

鐵砷基化合物在壓力作用下其超導(dǎo)電性表現(xiàn)出豐富的變化.圖10中歸納了壓力對(duì)主要的鐵砷基化合物TC的影響.由圖10(a)可見,在壓力作用下,常壓下不超導(dǎo)的1111,122,112及10-3-8等多個(gè)體系的母相材料及過摻雜或者欠摻雜的鐵砷基化合物在壓力作用下可以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo).隨著壓力的繼續(xù)增加,TC升高到一個(gè)最大值后開始下降甚至消失.拱形的TC-P相圖是鐵砷基超導(dǎo)體的一個(gè)共性.SmFeAsO在壓力作用下出現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)后,TC并沒有明顯的升高.在一定壓力范圍內(nèi)其TC基本不變,隨后開始出現(xiàn)下降.SmFeAsO的這種特殊性可能與其晶體結(jié)構(gòu)中As—Fe—As的鍵角接近鐵砷基超導(dǎo)體最佳的鍵角有關(guān).相對(duì)銅氧化物,鐵砷基超導(dǎo)體的壓力效應(yīng)更為敏感.常壓下不超導(dǎo)的鐵砷基化合物,在較低壓力作用下其反鐵磁序就會(huì)被抑制,隨后出現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)并達(dá)到最高TC.在已報(bào)道的鐵砷基化合物中,EuFe2As2的壓致超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為最高(41 K).

圖10主要鐵砷基超導(dǎo)體的TC與壓力的依賴關(guān)系 包括:Ca0.73La0.27FeAs[42]2,EuFe2As2[104],LaFeAsO[25],CaFe2As2[87],SrFe2As2[94],BaFe2As2[90],SmFeAsO[25],Ca10(Pt3As8)(Fe1.996Pt0.004As2)5[5],SmFeAsO0.85[28],Gd FeAsO0.85[42],Nd FeAsO0.85[28],LaFeAsO0.3[30],CeFeAsO0.88F0.12[31],Sr2VO3FeAs[112],LaFeAsO0.89F0.11[11],Na1?xFeAs[116],GdFe0.9Co0.1AsO[43],LiFeAs[114]和Pr0.75Sr0.25FeAsO[37];△表示壓力調(diào)控TC上升可達(dá)到的最大值及相應(yīng)的壓力,▽表示TC在壓力作用下降低的溫度,其所對(duì)應(yīng)的壓力為報(bào)道的研究壓力范圍;(a)圖中?表示壓力作用下超導(dǎo)態(tài)出現(xiàn)時(shí)的TC,(b)圖中?表示常壓下的TCFig.10.The pressure dependence of TCfor iron pnictide superconductors.△represents the TCthat is increased under pressure,▽stands for the TCthat is decreased under pressu re;?in figu re(a)represents the TCthat is emerged by the application of pressu re;?in figure(b)represents the TCthat exits at ambient pressu re.

圖10(b)中匯總了常壓下超導(dǎo)的主要鐵砷基超導(dǎo)體的TC在壓力作用下的變化趨勢(shì).可見,對(duì)于很多在常壓下超導(dǎo)的鐵砷基超導(dǎo)體,如La-1111,空穴摻雜的Pr-1111,Na-111以及具有復(fù)雜插層結(jié)構(gòu)的21311體系在壓力作用下,TC會(huì)繼續(xù)升高,達(dá)到最高TC后再緩慢下降,構(gòu)成了拱形的TC-P相圖.此外,最佳摻雜的Sm-1111,Gd-1111,Nd-1111體系以及Li-111體系超導(dǎo)體在壓力作用下其TC的降低可以歸納為As—Fe—As鍵角偏離了最優(yōu)值[13?15]. 有趣的是Ce-1111中As—Fe—As鍵角在壓力作用下朝著最佳值方向變化,但其TC卻是下降的,其原因在于Ce離子在壓力作用下由Ce3+向Ce4+變化,導(dǎo)致超導(dǎo)態(tài)與近藤效應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng),從而抑制了TC的升高[36].

6 結(jié)束語(yǔ)

自2008年鐵基超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)以來,對(duì)鐵基超導(dǎo)體的研究一直是高溫超導(dǎo)研究領(lǐng)域的主攻方向.其中,高壓下鐵砷基超導(dǎo)體的研究對(duì)促進(jìn)鐵基超導(dǎo)體的研究發(fā)揮了重要的作用.在壓力下鐵砷基超導(dǎo)體表現(xiàn)出豐富的物理現(xiàn)象,啟示著人們開展對(duì)鐵基超導(dǎo)新材料的探索及其超導(dǎo)機(jī)理的研究.例如,在壓力下對(duì)1111體系超導(dǎo)電性的研究在指導(dǎo)常壓下用小離子半徑元素替代從而獲得了最高TC鐵砷基超導(dǎo)體和推測(cè)鐵砷基超導(dǎo)體超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度上限等方面起到了重要作用;壓力可抑制122體系母相的磁有序進(jìn)而誘發(fā)超導(dǎo)電性,并揭示出Eu-122體系中的Eu離子插層中的磁有序與FeAs層超導(dǎo)電性的關(guān)系;在新型鐵砷基超導(dǎo)體Ca0.73La0.27FeAs2中發(fā)現(xiàn)的壓致雙臨界點(diǎn)現(xiàn)象等.這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果為人們理解鐵砷基超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)的變化關(guān)系以及磁性與超導(dǎo)電性的關(guān)系等高溫超導(dǎo)研究的核心問題提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù).毫無疑問,在Onnes首次開展高壓下超導(dǎo)電性研究[128]90多年后的今天,基于現(xiàn)代技術(shù)的高壓下的超導(dǎo)研究更應(yīng)該是值得我們繼續(xù)開展和充滿期待的研究方向.

感謝趙忠賢院士給予本文的指導(dǎo).感謝與作者共同發(fā)表本綜述中所涉及文章的合作者:Robert Cava教授、車廣燦研究員、陳根富研究員、陳仙輝教授、戴希研究員、丁洪研究員、董曉莉研究員、方忠研究員、馮濟(jì)教授、郭靜副研究員、Ni Ni教授、任志安研究員、Katsuya Shimizu教授、V ladimir Sidorov教授、王楠林教授、張廣銘教授、趙忠賢院士和周放研究員等.感謝上海光源和中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所同步輻射裝置對(duì)我們相關(guān)高壓實(shí)驗(yàn)的支持.

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[128]SizooG J,Onnes HK1925Commun.Phys.Lab.Univ.Leiden180 13

PACS:74.25.–q,74.70.Xa,74.62.FjDOI:10.7498/aps.66.037402

Superconductivities of pressu rized iron pn ictide superconductors?

YiWei1)Wu Qi1)Sun Li-Ling1)2)?

1)(Institu te of Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China)2)(University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China)(Received 13 December 2016;revised manuscript received 10 January 2017)

As one of the independent control parameters,pressure plays an important role in finding newphenomena,testing related theories and guiding the explorations for newsuperconductors.In this reviewarticle,we will briefl y reviewthe progress achieved fromhigh pressure studies on some main types of the iron pnictide superconductors,including 1111-type,122-type,111-type,10-3-8 type and 112-type.Afewtypical results fromhigh pressure studies are introduced in more detail,including the positive pressure eff ect on the superconducting transition temperature TCof 1111-type iron pnictide superconductors,which indicates a way toenhance the TCby using a smaller cation toreplay La ion;the maximumTCof iron pnictide superconductors estimated by high-pressure studies on a series of 1111-type iron-based superconductors etc.More importantly,high pressure studies on the parent compounds of iron pnictide superconductors clearly demonstrate that pressure can suppress the transition temperatures of magnetic order and crystal structure,and then d rive a superconducting transition.Furthermore,many examples are given in this reviewtoreveal howthe magnetic order competes with superconductivity under pressure,which provides newconstrains for the estab lishment of the theory on superconductivity.These high pressure resu lts are expected tobe helpful for the studies of high-TCsuperconductors and for the exploring of newsuperconductors.

high pressure,superconductivity,iron pnictide superconductors

10.7498/aps.66.037402

?國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):91321207,11427805)、中國(guó)科學(xué)院B類先導(dǎo)項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào):XDB07020300)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(批準(zhǔn)號(hào):2016YFA0300300)資助的課題.

?通信作者.E-mail:llsun@iphy.ac.cn

*Project supported by the National Natu ral Science Foundation of China(G rant Nos.91321207,11427805),the Strategic Priority Research Program(B)of the Chinese Academy of Sciences(G rant No.XDB07020300),and the National Key Research and Development Programof China(G rant No.2016YFA0300300).

?Corresponding author.E-mail:llsun@iphy.ac.cn