于伟强&于浦Sci. Bull.：氢化诱导铁基超导材料中高Tc相形成

【引言】

超导现象是指材料在低于某一温度时，电阻变为零的现象，这一温度称为超导转变温度（T_c）。多年来探索新型超导材料以提高超导转变温度并阐述超导机理一直是科研领域的热点课题。2008年铁基高温超导体的发现，为高温超导的研究打开了新的思路。

【成果简介】

近日，中国人民大学于伟强教授和清华大学于浦教授（共同通讯作者）报道了室温下利用离子液体栅极诱导氢化实现铁基超导材料中非易失性电子掺杂的工作。该工作中，氢离子的积累使母体化合物具有超导特性，或很大程度上增强了部分超导体的转变温度。同时由于晶格中氢的存在，该工作实现了利用质子核磁共振谱（NMR）直接探测超导特性。以FeS为例，NMR测试显示母体材料中存在一个新的没有相干峰的高Tc相。该工作首次实现了将FeS材料的转变温度T_c由5K提高到18K。相关成果于2017年12月10日以题为“Protonation induced high-T_c phases in iron-based superconductors evidenced by NMR and magnetization measurements”在Science Bulletin在线出版，被选为2018年第一期封面文章。

【图文导读】

图1. 氢化和结构表征

(a).氢化示意图。

(b).氢化前后FeSe_0.93S_0.07单晶材料的X射线衍射谱。

(c).氢化前后FeS单晶材料的X射线衍射谱。

(d).氢化前后BaFe₂As₂单晶材料的X射线衍射谱。

图2. Hx-FeSe_0.93S_0.07样品磁化强度和NMR测试

(a).在零场冷却（ZFC）和10Oe场冷却（FC）条件下测量的H_x-FeSe_0.93S_0.07样品磁化率χ_v。

(b).H_x-FeSe_0.93S_0.07置于NMR 线圈内测试得到的交流磁化率随温度变化。

(c).沿c-轴施加5.54T外磁场下不同温度测试得到的¹H NMR谱。

(d).奈特位移¹K_n随温度变化曲线，超导特性起始温度Tc已在曲线中标注。

(e).NMR谱半峰宽随温度变化曲线。

图3. H_x-FeS样品的NMR测试

(a).交流磁化率χ_ac随温度变化曲线。

(b).沿c-轴施加4.9839 T外磁场下不同温度测试得到的NMR谱。

(c).奈特位移¹K_n随温度变化曲线。

(d). NMR谱半峰宽随温度变化曲线。

(e).不同温度下自旋晶格弛豫率1/¹T₁T。

图4. 零场冷却（ZFC）和场冷却（FC）条件下BaFe₂As₂直流磁化曲线

【小结】

该工作在室温下实现了两种典型结构材料（11，FeSe_1-xS_x和122，BaFe₂As₂）的质子化，并将FeSe_0.93S_0.07体系的转变温度由9 K提高到42.5 K和FeS体系的转变温度由5K提高到18K，这对铁基超导材料研究具有重要意义。该工作中提出的离子液体栅极诱导氢化过程也同时为材料相转变调控提供了新的思路。

文献链接：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)

本文由材料人电子电工学术组二正正笑春风供稿，材料牛整理编辑。

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