自2008年2月新的铁基高温超导体被报道以来,已经相继发现了一系列具有不同结构的铁基超导体。典型的体系包括ReFeAsO (Re=稀土元素) (1111体系)、AFe2As2 (A=K, Sr, Ba等) (122体系)、LiFeAs (111体系)和FeSe (11体系)等。其中FeSe的结构最为简单,仅由共边四面体组成的FeSe层沿c轴堆垛而成,不含其它铁基超导体中用来提供载流子的插层。常压下非化学计量比的FeSe超导转变温度约为8 K。用Te部分替代Se或者施以高压可以将超导转变温度分别提高至15.2 K和37 K,这表明了 FeSe化合物的超导性质对结构非常敏感。
  研究组首次报道了具有层状结构的新铁硒超导体KFe2Se2(图1),空间群为I4/mmm, 与BaFe2As2同构,其超导转变温度在30 K左右。KxFe2Se2(0≤x≤1)体系中化合物的成相规律表明,当x<0.8时,体系中存在FeSe和KxFe2Se2两相(图2)。磁测量表明样品存在两个超导转变温度,一个在8 K左右,对应已知的超导相FeSe;另一个在30 K左右,对应KxFe2Se2(图3)。当x>0.8时,FeSe相消失,只生成KxFe2Se2单相。单相样品磁测量表明KxFe2Se2的超导转变温度高于30 K(图4),当温度降为10 K时,超导相含量约为60%。电输运测量表明起始超导转变温度为30.1 K,零电阻温度为27.2 K,证实了30 K超导相的成分在KxFe2Se2附近。图4的右插图为5 K时磁化强度与磁场的对应关系,由此可知该样品的下临界磁场约为0.2 T,上临界磁场高于9 T。该材料超导转变机制不同于FeAs基超导体,具有丰富的物理内涵,为研究高温超导的机理提供了新的线索。
  该成果作为Rapid Communication发表在Phys. Rev. B 82, 182520 (R) (2010)上,并被选为该期的Editor's suggestion。2010年12月3日,该工作被APS Physics以题为Success without pressure进行了报道。文章发表后,引起了广泛的关注,至今已被引用100余次。
 
图1 室温下KFe2Se2的Rietveld精修X射线衍射谱。插图是KFe2Se2晶体结构的示意图。

图2 KxFe2Se2 (103)和FeSe (101)衍射峰强度随K插入量的变化。

图3 K0.4Fe2Se2的磁化强度与温度关系曲线。

图4 K0.8Fe2Se2晶体的磁化强度与温度关系曲线。左插图是超导转变温度区间的局部放大图,右插图是5 K下样品的磁化强度与温度关系曲线。