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发现第一个Cr的氮化物超导体Pr3Cr10-xN11

Science China Press

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IMAGE: (a) The face-centered cubic cell of Pr3Cr10-xN11 with three kinds of building blocks: Pr6N9, Cr8N13 and Cr6, respectively. (b) Temperature dependence of the resistivity for Pr3Cr10-xN11 from 1.8 to 300... view more 

Credit: Science China Press

铜氧化物和铁基层状结构高温超导体的发现,激发了人们在过渡金属化合物中探索新超导体的兴趣。而在过渡金属的化合物超导体中,以含Cr和Mn元素的超导体最为稀有。在这两个元素的化合物中很难发现超导体,原因在于Cr与Mn的化合物中d电子表现出很强的磁性,而且大多数这类材料具有磁有序,这些因素都不利于超导电性的存在。直到2014年以后,才从实验上发现加压的CrAs单晶以及常压下的K2Cr3As3中存在超导电性,而且这两种超导体都具备一些非常规超导的特性。这两个材料之所以能引起人们广泛关注,是因为CrAs的超导是长程反铁磁有序被压制后才出现的,极有可能是反铁磁涨落引起的超导电性。在准一维材料K2Cr3As3中,电子比热系数比普通的Cr的化合物都要大,上临界磁场Hc2超过Pauli顺磁极限的3倍,也具有一些非常规超导电性的特征。 最近,中国科学院物理研究所吴伟、雒建林等人以及中国人民大学刘凯和上海科技大学于振海在新的Cr基超导探索中取得了新进展,在《国家科学评论》 (National Science Review,NSR) 发表研究论文“Superconductivity in Chromium Nitrides Pr3Cr10-xN11 with Strong Electron Correlations”,他们在一种稀土铬基氮化物Pr3Cr10-xN11中发现超导电性的存在,成功合成了第一个Cr的氮化物超导体。 Pr3Cr10-xN11 是具有嵌套结构的立方晶系材料(图a),存在两种不同Cr的位置。其超导转变温度在5.25 K附近(图b),实验中的零电阻效应、迈斯纳抗磁现象以及比热跳变等证据证明了其超导电性的存在。研究还发现该材料的电子比热系数相对一般的Cr基化合物较大,是理论值的10倍,说明关联效应在这个材料中起了很大的作用。同时,实验还发现,这个超导体的上临界磁场超过Pauli顺磁极限(图c)。这个现象在三维高对称材料的超导体中很少存在,可能是非常规超导电性存在的一个证据。

文章信息: Wei Wu, Kai Liu, Yanjie Li, Zhenhai Yu, Desheng Wu, Yuting Shao, Shihang Na, Gang Li, Ruizhen Huang, Tao Xiang and Jianlin Luo Superconductivity in Chromium Nitrides Pr3Cr10-xN11 with Strong Electron Correlations https://doi.org/10.1093/nsr/nwz129

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