物理所預測非常規高溫超導體的電子結構基因

　　到目前為止，科學家發現了兩類著名的非常規高溫超導體——銅基和鐵基超導體。這兩類超導體都是在實驗中偶然發現的。對它們的超導機理的研究是凝聚態物理最具挑戰性的前沿工作。

　　中國科學院物理研究所/北京凝聚態國家實驗室（籌）研究員胡江平的研究組總結了過去一系列研究工作，提出要統一解釋這兩類超導體中的配對對稱性，必須認定只有超交換引起的反鐵磁交換耦合導致了超導配對，其他的磁交換作用不會導致超導配對。基于這一結論，他們進一步解釋了為什么非常規高溫超導會是如此稀有的現象，即這兩類材料都具有其他化合物不具備的特殊電子環境。在該環境中，參與反鐵磁超交換耦合的d電子軌道獨立于其他軌道單獨出現在費米能級附近。在銅基高溫超導體，由于是由八面體配位構成，這種環境只能由在d 原子殼層填充9個電子的過渡金屬陽離子Cu2+中實現。在鐵基高溫超導體中，由于是由四面體配位構成，這種環境只能由在d 原子殼層填充6個電子的過渡金屬陽離子Fe2+中實現。可以說，這類特殊的電子環境是非常規高溫超導體的電子結構基因。因此，找到滿足同樣條件的新的電子結構基因，不僅可以發現新的可能的高溫超導體，同時也可以確立非常規高溫超導體的超導機理。

　　基于上面的結論，他們發現在由三角雙錐體配位通過共享頂角而構成的二維的六角晶格中可以實現滿足條件的電子結構環境。這種晶格結構已經存在于Mn-基和Fe-基化合物中。但在這種結構里，滿足條件的電子結構環境必須由在d 原子殼層擁有7個電子的陽離子Co2+/Ni3+ 來實現。他們預言如果擁有這種結構的Co/Ni基的新材料能合成出來，將會是d+id配對對稱性的超導體，其最高的超導轉變溫度會超過鐵基超導體。上述研究成果的材料預言發表在Phys. Rev. X 5, 041012 (2015)上。

　　以上工作得到了中國科學院的資助。

　　 (a) 三角雙錐體配位結構（中間是陽離子）；(b)由三角雙錐體配位體通過共享頂角而構成的二維的六角晶格以及超導派對序參量在實空間的發布。