近期科研进展与报道

• 发现新型层状钴基硒氧化物超导体；
     SC10组长期致力于各种新型超导材料的探索。近期，在陈根富研究员的指导下，博士研究生程靖雯和白建利在 Na-Co-Se-O 四元体系中成功地合成了一种新的钴硒氧化合物，即Na2CoSe2O。该化合物具有层状结构，由边缘共享的Na6O八面体和CoSe6八面体交替堆叠组成，其中Co原子形成二维三角晶格，类似于水合钴酸钠NaxCoO2⋅yH2O，而CoSe2层代替[CoO2]层充当导电层，[Na2O] 层代替 [Nax(H2O)y] 的绝缘层，这是一种具有全新层状结构的新材料。在该材料中，发现了转变温度TC为 6.3K的超导电性，其中呈几何阻挫的CoSe2层是超导发生的关键结构单元，就像铜氧化合物中的Cu-O面和铁基超导体中的Fe-As (Fe-Se)层一样。尽管Na2CoSe2O的TC相对较低，但却表现出极高且各向异性的超导上临界场HC2(0)，其中面内HC2(0)高达41T，远远超过泡利顺磁极限3~4倍。磁化率和Hall效应的测试结果还表明体系中可能存在反铁磁自旋涨落和多带效应等；同时第一性原理计算的结果表明该材料可能还是一种少见的负电荷转移超导体。 该成果以“Superconductivity in a layered cobalt oxychalcogenide Na2CoSe2O with a triangular lattice”为题发表在J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 9, 5908–5915。

• 在Mo5Si3中通过磷/砷掺杂实现最高Tc ~ 10.8 K的强耦合超导电性；
    最近，SC10组博士后阮彬彬和任治安研究员等人，与安徽大学物质科学与信息技术研究院联合培养研究生孙俊男、单磊教授组成的团队，为实现Mo5Si3的电子型载流子掺杂调控，详细研究了该体系中Si位的As掺杂合成条件，发现在1600度高温下通过固相反应可以成功实现As对Mo5Si3的掺杂调控。值得注意的是，Si原子在Mo5Si3中占有4a（Si1）和8h（Si2）两个位置，而As原子有选择性地占据了Si2的位置，从而导致As对Si的最大掺杂比例为1/3。通过一系列的高质量样品制备和掺杂研究，他们发现As掺杂引入的电子将该体系从拓扑半金属转变为超导体，在最大掺杂含量的化学相Mo5Si2As中超导Tc 达到最高7.7 K，高于已知所有的十几种5-3型超导体（此前最高为5.8 K）。通过低温比热测量与第一性原理能带计算表明，较高的超导温度与As引入的电子掺杂导致的费米面附近态密度的极大增强有关。随后，该团队又进一步实现了P元素对Mo5Si3的掺杂调控，相应的Mo5Si1.5P1.5超导相的Tc 达到10.8 K，上临界场为14.56 T，这两个参数均超越了目前实际应用最广泛的超导体NbTi。相关研究成果已发表在近期出版的Inorganic Chemistry 61, 10267 (2022), 并被编辑以“Arsenic Introduces Superconductivity in a Silicide”为题目选为期刊封面论文。

• K2Mo3As3：首个临界温度超过10K的准一维结构新型超导体；
    本研究组的博士研究生穆青隔和任治安研究员等人通过详细优化固相反应条件，成功合成了一种新型三元MoAs基化合物K2Mo3As3。多晶样品的X射线衍射图谱解析表明其晶格结构属于非中心对称六方晶系，由准一维的(Mo3As3)2−长链和K+离子相间形成。空间群为P-6m2（No. 187），精修得到的晶格常数为a = 10.145(5) Å 和 c = 4.453(8) Å，具有与K2Cr3As3相似的晶体结构。扫描电子显微镜形貌表征显示其晶粒为细长线状，进一步确认了其准一维的晶体结构特征。电阻、磁化率以及比热测量表明样品具有体超导电性，超导临界温度Tc为10.4 K。该小组发现的K2Mo3As3是首个三元MoAs基超导体，也是第一个Tc超过10 K的准一维结构超导体。该工作已在Science Bulletin 2018年第15期作为封面文章报道。

• 拓扑半金属WC表面沉积金属薄膜诱导的界面超导；
    中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心超导国家重点实验室SC10组长期致力于各种新型拓扑、超导等材料的制备和探索；安徽大学物质科学与信息技术研究院单磊教授（原物理所研究员）团队专注于超导以及拓扑材料的点接触和扫描隧道谱研究。近年来，两个团队密切合作、联合攻关，尝试在多种拓扑材料中实现超导。陈根富研究员指导的博士后何俊宝、博士生陈栋（已毕业）等成功生长出了在费米面附近具有三重简并点的拓扑半金属碳化钨晶体（Phys. Rev. B 95, 195165 (2017)）。研究团队利用点接触方法，使用普通金属针尖甚至是磁性金属针尖在WC上成功诱导出了超导电性。为了进一步理解实验中金属针尖的作用，团队成员SC10组博士生朱文亮、博士后侯兴元、博士生李婧（已毕业）等同学在两位老师的指导下采用磁控溅射的镀膜方法在WC表面沉积了多种非磁性和磁性金属薄膜，然后在沉积的金属薄膜上用银胶制备了点接触结，观测到了标志超导电性的安德列夫反射谱。以上工作为探索拓扑超导和相关量子器件制备提供了新的思路。相关工作分别发表于近期的Phys. Rev. B 100, 235109 2019)和Adv. Mater. 32, 1907970 (2020)。

• 发现具有新型[BiS2Cl]层状结构的超导体Bi3O2S2Cl;
    本研究组的博士研究生阮彬彬等人，在任治安研究员的指导下，研究发现了新型四元化合物Bi3O2S2Cl。粉末X射线衍射表明该化合物属于I4/mmm (No. 139) 空间群，晶格常数a = 3.927(1) Å，c = 21.720(5) Å。通过调节S含量，Bi3O2S2Cl实现了从半导体到超导体的转变，超导转变温度Tc约为3.5 K。Bi3O2S2Cl由[Bi2O2]2+和[BiS2Cl]2–层交替堆叠构成（图2）。其中[BiS2Cl]2–层是由Bi-Cl无限四方平面层构成，S原子位于八面体上下顶点上。相关研究成果发表在 Journal of the American Chemical Society, 2019, 141, 3404-3408。在铋的卤化物中，该类型的结构尚属首次报道。


• 发现新型结构和更高Tc的准一维Cr基超导体;
    本研究组的博士研究生穆青隔、刘通等人，在任治安研究员的指导下，对Cr系的准一维化合物进行了系统研究。他们通过233型单晶脱K的方式制备了133型的KCr3As3单晶，同时观察到较弱的超导信号。然后通过进一步的优化制备条件和低温退火处理，得到了超导体积分数接近100%的KCr3As3超导单晶，其超导Tc为5 K。很快，他们又发现了同为133结构的RbCr3As3超导体，令人惊奇的是，该化合物的Tc上升至7.3 K，超过了以前发现的所有Cr系超导体。由于Rb离子比K离子半径更大，该体系表现出的负化学压力效应与233系列超导体完全相反。相比于空气中极不稳定的233型超导体，该133型新超导体在空气中非常稳定，甚至在水中浸泡多天后其超导也无退化，非常适合进一步的实验测量与物理研究。该133系列超导体的发现为准一维超导电性的研究提供了新的平台，相关研究成果已发表在Phys. Rev. B 96，140504（2017） 和 EPL 120，27006 (2017) （EDITOR'S CHOICE）上。 为了进一步提高Cr系超导体的Tc，考虑到233结构的正化学压力效应，该团队又通过离子交换方法，用更小的Na离子替代K离子，成功制备了Na2Cr3As3单晶。电阻、磁化率以及比热的测量表明Na2Cr3As3单晶的超导Tc为8.6 K，这是目前Cr基超导体系中最高超导温度。该工作已发表在Physical Review Materials 2, 034803 (2018) 上。


• 首次合成高品质WC单晶，进行了系统的物性表征和ARPES测试，重点研究了三重简并点和费米弧表面态;


• 层状氮化物MNCl (M: Hf, Zr)中电场诱导的稳态超导电性;


• 实验中发现外尔费米子的工作被《物理世界》评为“2015年十大突破”，被美国物理学会（APS）主办的《物理》评为“2015年八大亮点工作”，入选2015年中国科学十大进展等;