来源: Frontiers of Physics 发布时间:2021/8/9 16:42:00
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FOP | 物理学前沿:Er2O2Bi化合物中反铁磁序与超导序共存

论文标题:Coexistence of superconductivity and antiferromagentic order in Er2O2Bi with anti-ThCr2Si2 structure (Er2O2Bi化合物中反铁磁序与超导序共存)

期刊: Frontiers of Physics

作者:Lei Qiao , Ning-hua Wu, Tianhao Li , Siqi Wu , Zhuyi Zhang , Miaocong Li, Jiang Ma , Baijiang Lv , Yupeng Li , Chenchao Xu , Qian Tao , Chao Cao , Guang-Han Cao , Zhu-An Xu

发表时间:15 Jul 2021

DOI:10.1007/s11467-021-1076-7

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RESEARCH ARTICLE

Lei Qiao, Ning-hua Wu, Tianhao Li, Siqi Wu, Zhuyi Zhang, Miaocong Li, Jiang Ma, Baijiang Lv, Yupeng Li, Chenchao Xu, Qian Tao, Chao Cao, Guang-Han Cao, and Zhu-An Xu, Coexistence of superconductivity and antiferromagentic order in Er2O2Bi with anti-ThCr2Si2 structure, Front. Phys. 16(6), 63501 (2021)

反铁磁序与超导的共存会带来更加复杂的基态,探索两者之间的关系有助于更深入地认识超导机理,为寻找新的非常规超导体带来契机。作为层状的反ThCr2Si2结构,Ln2O2Bi (Ln=Y和镧系)中既含有稀土元素,又会出现超导电性,成为最近的一个研究兴趣。特别是其中的稀土元素的4f电子是否局域,是否会与传导电子发生强的作用,对超导电性起到何种影响,是值得关注的问题。近期浙江大学物理系许祝安教授课题组发表题为“Coexistence of superconductivity and antiferromagentic order in Er2O2Bi with anti-ThCr2Si2 structure”(Front. Phys. 16(6), 63501 (2021))的研究文章,通过电阻率、磁化强度、比热测量和第一性原理计算,研究了具有反ThCr2Si2结构的化合物Er2O2Bi中超导性和反铁磁顺序的共存。

Er2O2Bi(简称Er221)中Er元素带有11个4f电子,在化合物中常显示出局域的磁矩,同时以前的报道已经发现Er2O2Bi具有Tc=1.2 K的超导电性,但是号称需要添加CaO作为氧化剂以增加样品的氧含量才会得到超导电性。作者首先利用固相反应法制备出不同氧含量的Er221超导样品,通过系统的电阻率和磁性测量发现,最佳Er2O2Bi样品的超导转变温度为1.23 K,与其共存的反铁磁转变温度为3 K左右。磁性Er2O2Bi的超导上临界场为0.061 T,电声子耦合系数为0.53,这两个参数都与无磁性的Y2O2Bi材料十分相似,表明Er2O2Bi和Y2O2Bi可能具备同样的超导起源。第一性原理计算显示,无论是在反铁磁态还是顺磁态,Er2O2Bi的费米面都主要由Bi 6p轨道组成,4f电子对费米面几乎没有贡献。 随着Er2OxBi中的x值从1.8增大到2.0,即氧含量的增加,超导转变温度从1 K上升到1.23 K,与此同时,反铁磁转变温度从3 K略微下降到了2.96 K,揭示了超导与反铁磁序可能存在竞争关系。霍尔效应测量显示,随着氧含量的增加,空穴型载流子浓度也在不断上升,这也许可以解释超导转变温度和反铁磁转变温度随氧含量的变化关系。对这个体系的研究为理解超导电性与4f电子之间的相互关系提供了新的例子。

全文下载:

https://journal.hep.com.cn/fop/EN/pdf/10.1007/s11467-021-1076-7,

https://link.springer.com/article/10.1007/s11467-021-1076-7

摘要

We investigated the coexistence of superconductivity and antiferromagnetic order in the compound Er2O2Bi with anti-ThCr2Si2-type structure through resistivity, magnetization, specific heat measurements and first-principle calculations. The superconducting transition temperature Tc of 1.23 K and antiferromagnetic transition temperature TN of 3 K are observed in the sample with the best nominal composition. The superconducting upper critical field Hc2(0) and electron-phonon coupling constant λe−ph in Er2O2Bi are similar to those in the previously reported non-magnetic superconductor Y2O2Bi with the same structure, indicating that the superconductivity in Er2O2Bi may have the same origin as in Y2O2Bi. The first-principle calculations of Er2O2Bi show that the Fermi surface is mainly composed of the Bi 6p orbitals both in the paramagnetic and antiferromagnetic state, implying minor effect of the 4f electrons on the Fermi surface. Besides, upon increasing the oxygen incorporation in Er2OxBi, Tc increases from 1 to 1.23 K and TN decreases slightly from 3 K to 2.96 K, revealing that superconductivity and antiferromagnetic order may compete with each other. The Hall effect measurements indicate that hole-type carrier density indeed increases with increasing oxygen content, which may account for the variations of Tc and TN with different oxygen content.

更多阅读:

Qian Niu, Advances on topological materials, Front. Phys. 15(4), 43601 (2020)

Special Collection: Recent Advances in Topological Materials (Eds. Yugui Yao, Xiangang Wan, Shengyuan A. Yang, Hua Chen).

Special Collection: Inorganic Two-Dimensional Nanomaterials (Eds. Changzheng Wu & Xiaojun Wu).

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Special Collection: Heterojunction and Its Applications (Ed. Chenghua Sun).

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Frontiers of Physics (FOP)期刊简介

Frontiers of Physics (FOP,IF 3.563)是由教育部发起、高教社出版、Springer海外发行的Frontiers系列英文学术期刊之一,旨在报道国际物理学领域的最新成果和研究进展,主要发表Topical Review、Review、Research Article、View & Perspective、Research Highlight,也委托专家组织特定前沿主题的专题。现任总主编:赵光达院士;执行主编:李定平教授;主编:龙桂鲁教授(量子计算与量子信息)、张卫平教授(AMO)、王楠林教授(凝聚态与材料物理)、李海波教授(核物理/粒子物理/天体物理与宇宙学)。期刊已被SCI, JCR, ADS, SCOPUS, INSPEC, Google Scholar, CSCI, CSCD等收录。2013-2018入选中国科技期刊提升计划资助项目,2019年入选中国科技期刊卓越行动计划资助项目。

《前沿》系列英文学术期刊

由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》(Frontiers)系列英文学术期刊,于2006年正式创刊,以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题,是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群,其中13种被SCI收录,其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录,具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式,保证文章以最快速度发表。

高等教育出版社入选“中国科技期刊卓越行动计划”集群化项目。Frontier系列期刊中:13种被SCI收录;1种被A&HCI收录;6种被Ei收录;2种被MEDLINE收录;11种中国科技核心期刊;16种被CSCD收录。

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