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研究快讯 | 水热法获得无间隙Fe的铁基超导体FeSe0.2Te0.8单晶
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Editors' Suggestion
Hydrothermally Obtaining Superconductor Single Crystal of FeSe0.2Te0.8 without Interstitial Fe
Sheng Ma (马晟), Shanshan Yan (闫珊珊), Jiali Liu (刘家利), Yizhe Wang (王怡哲), Yuhang Zhang (张宇航), Zhen Zhao (赵振), Zouyouwei Lu (鲁邹有为), Dong Li (李栋), Yue Liu (刘樾), Jihu Lu (卢佶虎), Hua Zhang (张华), Haitao Yang (杨海涛), Fang Zhou (周放), Zian Li (李子安), Xiaoli Dong (董晓莉), and Zhongxian Zhao (赵忠贤)
Chin. Phys. Lett. 2023, 40 (6): 067402
DOI: 10.1088/0256-307X/40/6/067402
文章亮点
首次用水热离子脱插法获得无间隙Fe的优质、大尺寸FeSe0.2Te0.8超导单晶，并且其体超导转变温度相比常规退火处理法有明显提高。该工作为去除Fe1+δSe1-xTex单晶中的间隙Fe δ 提供了一种软化学新途径。
图：软化学水热离子脱插法去除Fe1+δSe1-xTex中间隙Fe δ 的示意图。
水热法获得无间隙Fe的铁基超导体FeSe0.2Te0.8单晶
研究背景
自铁基超导体被发现以来，关于其超导机制和应用开发研究一直是非常规超导领域的热点研究课题。其中，Fe1+δSe1-xTex超导材料具有较高的上临界磁场和临界电流密度以及易于加工等特点，因此是铁基超导强电应用的一个重要备选材料。同时，它也是马约拉纳束缚态和超导量子计算应用研究的一个重要实验载体。对该材料的研究有助于在实验上厘清电子的电荷、自旋、轨道以及晶格之间的相互作用，因而在机理研究方面也备受关注。然而，用常规的助熔剂生长和退火处理得到的Fe1+δSe1-xTex (x > 0.5)样品中，不可避免地或多或少存在间隙Fe δ，导致其物性重现性差（即物性有很大的样品依赖性）。所以，这种间隙Fe的存在妨碍了对体系本征物性深入和系统的研究。
内容简介
最近，中国科学院物理研究所超导4组的董晓莉研究员和博士生马晟、刘家利与广西大学李子安教授、博士生闫珊珊等开展了相关工作，主要完成者还包括赵忠贤院士和周放研究员。该工作通过改进水热离子脱插法，成功制备出无间隙Fe的FeSe0.2Te0.8超导体高质量、大尺寸单晶块材，这为去除Fe1+δSe1-xTex中的间隙Fe δ提供了一个高效的软化学新途径。该水热FeSe0.2Te0.8单晶的超导Tc = 13.8 K，相较通常退火得到的FeSe0.2Te0.8提高了2 K。水热去除间隙Fe 的FeSe0.2Te0.8样品具有和通常的退火样品相似的上临界磁场，而其磁滞回线信号和临界电流密度却较后者缩小了两个量级，这意味着两者在磁通钉扎性质上有很大区别。结果表明，无间隙Fe的水热FeSe0.2Te0.8单晶中，由杂质导致的磁通钉扎被显著抑制，即该样品中自由磁通占据主导地位。
研究意义和重要性
与常规的退火处理法相比，本工作的水热软化学新途径具有后处理温度低、去除间隙Fe效率高、单晶产量大、产出的无间隙Fe的FeSe0.2Te0.8的超导转变温度更高、宏观物性高度可重现（即无样品依赖性）和自由磁通占比大等优点。因此，无间隙Fe水热FeSe0.2Te0.8单晶的获得，为该体系本征物性与超导机理及应用开发研究，包括马约拉纳束缚态的观测及其形成机制的进一步研究，提供了新的重要实验平台。
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