金属磷属氧化物

✍ dations ◷ 2025-06-08 08:14:12 #氧化物,超导体

金属磷属氧化物(英语:oxypnictide),是指具有氮族元素(第5族元素,即氮、磷、砷、锑及铋)、氧以及其他元素的化合物。

稀土过渡金属氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO),如ReFePO、ReRuPO,及ReCoPO,具有锆铜硅砷型(ZrCuSiAs-type)的结构(常温下,空间群为P4/nmm) 。

稀土过渡金属氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO),科学家发现其中当过渡金属为铁或镍(Tm = Fe, Ni),氮族元素为磷或砷(Pn = P, As)时 ,化合物在低温下具有超导现象。其中,铁基氮磷族化合物中,将部分氧以掺杂的方式用氟作部分取代,可使LaFeAsO1-xFx的临界温度达到26K,在加压后(4 GPa)甚至可达到43K。从此开启对此类化合物的研究热潮。此系统亦被简称为“1111系统”。此化合物的发现,非但再度打破了由MgB2保持的非铜氧化物超导体(non-cuprate superconductor)的临界温度纪录,其含铁元素同时具有超导的特性也受人注目。

受到上述“1111系统”的启发,ThCr2Si2结构的碱土金属氮磷族化合物(ATm2Pn2,非氧化物)亦被发现,具有临界温度约30至40K的超导性,如Ba1-xKxFe2As2(38 K)。此系统亦被简称为“122系统”。如同氧化物超导体,“1111”与“122”系统的超导来源也是由层状结构中的FeAs层贡献,借由不同价数的离子掺杂或是氧缺陷,可提升FeAs层载子的浓度,进而引发超导。

1990至2000年代,具ZrCuAsSi结构的稀土过渡金属氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO)陆续被发现 。但并未有人发现其中的超导现象。

2006年起,日本的Hideo Hosono团队即发现磷化物(LaFePO或LaNiPO)在低温下展现超导性,但是由于临界温度皆在10K以下,并没有引起极大关注及兴趣。

直到2008年,Hosono团队发现在铁基氮磷族氧化物中,将部分氧以掺杂的方式用氟作部分取代,可使LaFeAsO1-xFx的临界温度达到26K,在加压后(4 GPa)甚至可达到43K。其后,中国的闻海虎团队,发现在以锶取代稀土元素之后,La1-xSrxFeAsO亦可达到临界温度25K。其后,中国的科学家陈仙辉、赵忠贤等人,发现将镧以其他稀土元素作取代,则可得到更高的临界温度;其中,SmFeAs可达55K 。另外,将铁以钴取代(LaFe1-xCoxAsO),稀土元素以钍取代(Gd1-xThxFeAsO),或是利用氧缺陷(LaFeAsO1-δ)等方式,也都可以引发超导 。

同样在2008年,受到上述“1111系统”的启发,ThCr2Si2结构的碱土金属氮磷族化合物(ATm2Pn2)亦被发现,在将BaFe2As2中将碱土金属(IIA)以碱金属(IA)部分取代,亦可得到临界温度约30至40K的高温超导体,如Ba1-xKxFe2As2(38 K) 。此系统亦被简称为“122系统”。

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