1111 型铁砷化物中氢负离子取代诱导的超导电性
摘要
氢是最简单的双极性元素，其价态可在 +1 到 -1 之间调控。我们通过高压合成法合成了具有 ZrCuSiAs 型结构的 1111 型 CaFeAsH 和 LnFeAsO1-xHx (Ln = 镧系元素)。通过中子衍射和密度泛函理论计算确定了取代氢的位置和价态。CaFeAsH 与 CaFeAsF 在结构和电学性质上的高度相似性表明，在 1111 型铁砷化物中形成了与氟离子 (F-) 等价的氢负离子 (H-)。当 LnFeAsO 中的部分 O2- 离子被 H- 取代时，为了维持电荷中性，电子掺杂进入 FeAs 层从而诱导了超导电性。由于 LnFeAsO 中氢的取代极限 (x~0.5) 远高于氟的取代极限 (x~0.2)，氢取代技术为高密度电子掺杂提供了一条有效途径，使得绘制 LnFeAsO 的完整电子相图成为可能。LnFeAsO1-xHx (Ln = La, Ce, Sm, Gd) 的 x-T 相图具有宽阔的超导 (SC) 区域，跨越 x = 0.04 至 0.4 的范围，远离位于 x = 0.0 附近的母体反铁磁区域。对于 Ln=La，除了在 x ~0.08 处最大 Tc = 29 K 的常规超导穹顶外，还在 x = ~ 0.2 至 ~0.5 范围内发现了另一个超导穹顶区域，其最大 Tc = 36 K。对 LaFeAsO1-xHx 进行的密度泛函理论计算表明，新观测到的 Tc 与 Fe 3d 能带 (dxy, dyz 和 dzx) 的简并出现相关，这不仅是由化学压力效应导致的 FeAs4 四面体形状正规化引起的，也是由掺杂电子的选择性能带占据引起的。本文综述了由氢取代诱导的铁 (氧) 砷化物及相关化合物中超导电性的最新进展。
引用
@article{arxiv.1304.7900,
title = {Superconductivity induced by hydrogen anion substitution in 1111-type iron arsenides},
author = {Hideo Hosono and Satoru Matsuishi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1304.7900},
year = {2017}
}
备注
to appear in Current Opinion. Solid State and Materials Science