氮磷族氧化物

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氮磷族氧化物(oxypnictide),是指具有氮族元素(第5族元素,即)、以及其他元素的化合物。

結構[编辑]

稀土過渡金屬氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO),如ReFePO、ReRuPO,及ReCoPO,具有鋯銅矽砷型(ZrCuSiAs-type)的結構(常溫下,空間群為P4/nmm)[1] [2]

超導材料[编辑]

稀土過渡金屬氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO),科學家發現其中當過渡金屬為鐵或鎳(Tm = Fe, Ni),氮族元素為磷或砷(Pn = P, As)時[3] [4] [5],化合物在低溫下具有超導現象。其中,鐵基氮磷族化合物(iron-based oxypnictide)中,將部份氧以摻雜的方式用氟作部份取代,可使LaFeAsO1-xFx的臨界溫度達到26K[4],在加壓後(4 GPa)甚至可達到43K[5]。從此開啟對此類化合物的研究熱潮。此系統亦被簡稱為「1111系統」。此化合物的發現,非但再度打破了由MgB2保持的非銅氧化物超導體(non-cuprate superconductor)的臨界溫度紀錄,其含鐵元素同時具有超導的特性也受人注目。

受到上述「1111系統」的啟發,ThCr2Si2結構的鹼土金屬氮磷族化合物(ATm2Pn2,非氧化物)亦被發現,具有臨界溫度約30至40K的超導性,如Ba1-xKxFe2As2(38 K)[6]。此系統亦被簡稱為「122系統」。如同氧化物超導體,「1111」與「122」系統的超導來源也是由層狀結構中的FeAs層貢獻,藉由不同價數的離子摻雜或是氧缺陷,可提升FeAs層載子的濃度,進而引發超導。

歷史[编辑]

1990至2000年代,具ZrCuAsSi結構的稀土過渡金屬氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO)陸續被發現[1] [2]。但並未有人發現其中的超導現象。

2006年起,日本的Hideo Hosono團隊即發現磷化物(LaFePO或LaNiPO)在低溫下展現超導性,但是由於臨界溫度皆在10K以下[3],並沒有引起極大關注及興趣。

直到2008年,Hosono團隊發現在鐵基氮磷族氧化物中,將部份氧以摻雜的方式用氟作部份取代,可使LaFeAsO1-xFx的臨界溫度達到26K[4],在加壓後(4 GPa)甚至可達到43K[5]。其後,中國的聞海虎團隊,發現在以鍶取代稀土元素之後,La1-xSrxFeAsO亦可達到臨界溫度25K[7]。其後,中國的科學家陳仙輝趙忠賢等人,發現將鑭以其他稀土元素作取代,則可得到更高的臨界溫度;其中,SmFeAs[O0.9F0.1]可達55K[8] [9]。另外,將鐵以鈷取代(LaFe1-xCoxAsO),稀土元素以釷取代(Gd1-xThxFeAsO),或是利用氧缺陷(LaFeAsO1-δ)等方式,也都可以引發超導[10] [11] [12]

同樣在2008年,受到上述「1111系統」的啟發,ThCr2Si2結構的鹼土金屬氮磷族化合物(ATm2Pn2)亦被發現,在將BaFe2As2中將鹼土金屬(IIA)以鹼金屬(IA)部分取代,亦可得到臨界溫度約30至40K的高溫超導體,如Ba1-xKxFe2As2(38 K) [6]。此系統亦被簡稱為「122系統」。

參考文獻[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 B.I. Zimmer,W. Jeitschko, J.H. Albering, R. Glaum, M. Reehuis, J. Alloys Comp. 229, 238 (1995)
  2. ^ 2.0 2.1 P. Quebe, L. J. Terbüchte, and W. Jeitschko, J. Alloys Comp. 302, 70 (2000)
  3. ^ 3.0 3.1 Yoichi Kamihara, Hidenori Hiramatsu, Masahiro Hirano, Ryuto Kawamura, Hiroshi Yanagi, Toshio Kamiya, and Hideo Hosono, J. Am. Chem. Soc. 128, 10012 (2006)
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Y. Kamihara, T. Watanabe, M. Hirano, and H. Hosono, J. Am. Chem. Soc. 130, 3296 (2008)
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 H. Takahashi, K. Igawa, K. Arii, Y. Kamihara, M. Hirano, and H. Hosono, Nature 453, 376 (2008)
  6. ^ 6.0 6.1 M. Rotter, M. Tegel, and D. Johrend arXiv:0805.4630
  7. ^ H. H. Wen, G. Mu, L. Fang, H. Yang, and X. Zhu, Europhys. Lett. 83, 17009 (2008)
  8. ^ X. H. Chen, T. Wu, G. Wu, R. H. Liu, H. Chen, and D. F. Fang, Nature 453, 761 (2008)
  9. ^ Z. A. Ren, W. Lu, J. Yang, W. Yi, X. L. Shen, Z. C. Li, G. C. Che, X. L. Dong, L. L. Sun, F. Zhou, and Z. X. Zhao, Chin. Phys. Lett. 25, 2215 (2008)
  10. ^ G. Cao, C. Wang, Z. Zhu, S. Jiang, Y. Luo, S. Chi, Z. Ren, Q. Tao, Y. Wang, and Z. Xu arXiv:0807.1304
  11. ^ C. Wang, L. Li, S. Chi, Z. Zhu, Z. Ren, Y. Li, Y. Wang, X. Lin, Y. Luo, S. Jiang, X. Xu, G. Cao, and Z. Xu arXiv:0804.4290
  12. ^ T. A. Ren, G. C. Che, X. L. Dong, J. Yang, W. Lu, W. Yi, X. L. Shen, Z. C. Li, L. L. Sun, F. Zhou, and Z. X. Zhao, Europhys. Lett. 83, 17002 (2008)