于偉強&于浦Sci. Bull.：氫化誘導鐵基超導材料中高Tc相形成

【引言】

超導現象是指材料在低于某一溫度時，電阻變為零的現象，這一溫度稱為超導轉變溫度（T_c）。多年來探索新型超導材料以提高超導轉變溫度并闡述超導機理一直是科研領域的熱點課題。2008年鐵基高溫超導體的發現，為高溫超導的研究打開了新的思路。

【成果簡介】

近日，中國人民大學于偉強教授和清華大學于浦教授（共同通訊作者）報道了室溫下利用離子液體柵極誘導氫化實現鐵基超導材料中非易失性電子摻雜的工作。該工作中，氫離子的積累使母體化合物具有超導特性，或很大程度上增強了部分超導體的轉變溫度。同時由于晶格中氫的存在，該工作實現了利用質子核磁共振譜（NMR）直接探測超導特性。以FeS為例，NMR測試顯示母體材料中存在一個新的沒有相干峰的高Tc相。該工作首次實現了將FeS材料的轉變溫度T_c由5K提高到18K。相關成果于2017年12月10日以題為“Protonation induced high-T_c phases in iron-based superconductors evidenced by NMR and magnetization measurements”在Science Bulletin在線出版，被選為2018年第一期封面文章。

【圖文導讀】

圖1. 氫化和結構表征

(a).氫化示意圖。

(b).氫化前后FeSe_0.93S_0.07單晶材料的X射線衍射譜。

(c).氫化前后FeS單晶材料的X射線衍射譜。

(d).氫化前后BaFe₂As₂單晶材料的X射線衍射譜。

圖2. Hx-FeSe_0.93S_0.07樣品磁化強度和NMR測試

(a).在零場冷卻（ZFC）和10Oe場冷卻（FC）條件下測量的H_x-FeSe_0.93S_0.07樣品磁化率χ_v。

(b).H_x-FeSe_0.93S_0.07置于NMR 線圈內測試得到的交流磁化率隨溫度變化。

(c).沿c-軸施加5.54T外磁場下不同溫度測試得到的¹H NMR譜。

(d).奈特位移¹K_n隨溫度變化曲線，超導特性起始溫度Tc已在曲線中標注。

(e).NMR譜半峰寬隨溫度變化曲線。

圖3. H_x-FeS樣品的NMR測試

(a).交流磁化率χ_ac隨溫度變化曲線。

(b).沿c-軸施加4.9839 T外磁場下不同溫度測試得到的NMR譜。

(c).奈特位移¹K_n隨溫度變化曲線。

(d). NMR譜半峰寬隨溫度變化曲線。

(e).不同溫度下自旋晶格弛豫率1/¹T₁T。

圖4. 零場冷卻（ZFC）和場冷卻（FC）條件下BaFe₂As₂直流磁化曲線

【小結】

該工作在室溫下實現了兩種典型結構材料（11，FeSe_1-xS_x和122，BaFe₂As₂）的質子化，并將FeSe_0.93S_0.07體系的轉變溫度由9 K提高到42.5 K和FeS體系的轉變溫度由5K提高到18K，這對鐵基超導材料研究具有重要意義。該工作中提出的離子液體柵極誘導氫化過程也同時為材料相轉變調控提供了新的思路。

文獻鏈接：Protonation induced high-Tc phases in iron-based superconductors evidenced by NMR and magnetization measurements (Sci. Bull.，2017，DOI: 10.1016/j.scib.2017.12.009)

本文由材料人電子電工學術組二正正笑春風供稿，材料牛整理編輯。

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