物理所钾铁硒体系超导相研究取得新进展

　　继超导转变温度为30K的K0.8Fe2Se2【Phys. Rev. B 82, 182520 (R) (2010)】被首次报道后，性质类似的同构超导体AxFe2-ySe2(A=Cs，Rb，Tl/Rb，Tl/K)相继被合成。众多实验手段证实在该系列超导体中普遍存在相分离：铁空位有序导致的反铁磁主相A2Fe4Se5(245相)与超导相共存。245相为绝缘相，不具有超导性。

　　目前，超导相被普遍认为是从AxFe2-ySe2中析出的镶嵌在245基体相中的条纹相，其相含量通常很低，约为10-20%。这些超导相与BaFe2As2同构，可以用化学式AxFe2Se2(x=0.3-1.0)表示，但报道的x值差异较大。截至目前，采用Bridgman方法或其它高温方法获得纯超导相的各种尝试均未成功。除30K超导转变以外，44K超导转变也时常在部分样品中被观察到，使问题更为复杂化。由于所谓AxFe2-ySe2“单晶”样品主相是245相，超导相含量很低，因此之前的物性报道是有待商榷的。为了澄清此类超导体特殊的电子结构并研究其本征物性，获得其纯超导相或真正的单晶成为当务之急。

　　2012年中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)先进材料实验室功能晶体研究与应用中心博士生应天平、陈小龙研究员等首创采用液氨法在室温下将碱金属Li，Na，碱土金属Ca，Sr，Ba和稀土元素Eu, Yb等插入FeSe层，制备出了常规高温方法无法获得的AxFe2Se2(A=Li，Na，Ca，Sr，Ba，Eu，Yb)系列超导体，其最高超导起始转变温度达46K【Sci. Rep. 2, 426 (2012)】。最近，他们在此基础上，将液氨法成功用于精确调控碱金属的掺杂量和抑制相分离，发现钾插层FeSe化合物中至少存在两个具有完整FeSe层的ThCr2Si2结构超导相：K0.3Fe2Se2(NH3)0.47对应于44 K相，K0.6Fe2Se2(NH3)0.37对应于30 K相，其超导转变温度主要取决于钾的含量。

　　有趣的是，只有特定浓度的钾掺杂才能稳定KxFe2Se2结构，其超导转变温度随钾掺杂量的变化不连续，不同于铜基或铁砷基超导体呈现的“dome”形状。进一步研究发现，44 K超导相在提高钾掺杂量后会转变为30 K超导相，据此判断30 K相是过掺杂的。更重要的是，氨脱除实验表明，氨只对晶格常数有影响，对超导转变几乎没有影响。因此，上述结论也完全适用于K0.3Fe2Se2和K0.6Fe2Se2超导体。该工作澄清了钾铁硒体系中超导相的成分和结构，为今后进一步的研究奠定了基础，结果发表于近期出版的Journal of the American Chemical Society【J. Am. Chem. Soc. 135, 2951-2954 (2013)】上。

　　该工作得到了国家自然科学基金重点项目和中国科学院知识创新工程重要方向性项目的支持。

　　图1：(a) KxFe2Se2(NH3)y (x=0.25, 0.4, 0.65) (002) 衍射峰的放大图。(b) KxFe2Se2(NH3)y (x=0.25, 0.4, 0.65)的M-T (FC)曲线。

　　图2：(a) KxFe2Se2(NH3)y的Tc随钾名义含量的变化趋势图。Tc随钾掺杂量的变化是不连续的，不同于铜基或铁砷基超导体呈现的“dome”形状。(b) KxFe2Se2(NH3)y的晶格常数c随钾名义含量的变化趋势图，存在两个分立的c。当0.3