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金属磷属氧化物

金属磷属氧化物（英语：oxypnictide），是指具有氮族元素(第5族元素，即氮、磷、砷、锑及铋)、氧以及其他元素的化合物。

结构

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稀土过渡金属氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO)，如ReFePO、ReRuPO，及ReCoPO，具有锆铜硅砷型(ZrCuSiAs-type)的结构(常温下，空间群为P4/nmm)[1] [2]。

超导材料

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稀土过渡金属氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO)，科学家发现其中当过渡金属为铁或镍(Tm = Fe, Ni)，氮族元素为磷或砷(Pn = P, As)时[3] [4] [5]，化合物在低温下具有超导现象。其中，铁基氮磷族化合物中，将部分氧以掺杂的方式用氟作部分取代，可使LaFeAsO1-xFx的临界温度达到26K[4]，在加压后(4 GPa)甚至可达到43K[5]。从此开启对此类化合物的研究热潮。此系统亦被简称为“1111系统”。此化合物的发现，非但再度打破了由MgB2保持的非铜氧化物超导体(non-cuprate superconductor)的临界温度纪录，其含铁元素同时具有超导的特性也受人注目。

受到上述“1111系统”的启发，ThCr2Si2结构的碱土金属氮磷族化合物(ATm2Pn2，非氧化物)亦被发现，具有临界温度约30至40K的超导性，如Ba1-xKxFe2As2(38 K)[6]。此系统亦被简称为“122系统”。如同氧化物超导体，“1111”与“122”系统的超导来源也是由层状结构中的FeAs层贡献，借由不同价数的离子掺杂或是氧缺陷，可提升FeAs层载子的浓度，进而引发超导。

历史

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1990至2000年代，具ZrCuAsSi结构的稀土过渡金属氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO)陆续被发现[1] [2]。但并未有人发现其中的超导现象。

2006年起，日本的Hideo Hosono团队即发现磷化物(LaFePO或LaNiPO)在低温下展现超导性，但是由于临界温度皆在10K以下[3]，并没有引起极大关注及兴趣。

直到2008年，Hosono团队发现在铁基氮磷族氧化物中，将部分氧以掺杂的方式用氟作部分取代，可使LaFeAsO1-xFx的临界温度达到26K[4]，在加压后(4 GPa)甚至可达到43K[5]。其后，中国的闻海虎团队，发现在以锶取代稀土元素之后，La1-xSrxFeAsO亦可达到临界温度25K[7]。其后，中国的科学家陈仙辉、赵忠贤等人，发现将镧以其他稀土元素作取代，则可得到更高的临界温度；其中，SmFeAs[O0.9F0.1]可达55K[8] [9]。另外，将铁以钴取代(LaFe1-xCoxAsO)，稀土元素以钍取代(Gd1-xThxFeAsO)，或是利用氧缺陷(LaFeAsO1-δ)等方式，也都可以引发超导[10] [11] [12]。

同样在2008年，受到上述“1111系统”的启发，ThCr2Si2结构的碱土金属氮磷族化合物(ATm2Pn2)亦被发现，在将BaFe2As2中将碱土金属(IIA)以碱金属(IA)部分取代，亦可得到临界温度约30至40K的高温超导体，如Ba1-xKxFe2As2(38 K) [6]。此系统亦被简称为“122系统”。

参考文献

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  1. ^ 1.0 1.1 B.I. Zimmer,W. Jeitschko, J.H. Albering, R. Glaum, M. Reehuis, J. Alloys Comp. 229, 238 (1995)
  2. ^ 2.0 2.1 P. Quebe, L. J. Terbüchte, and W. Jeitschko, J. Alloys Comp. 302, 70 (2000)
  3. ^ 3.0 3.1 Yoichi Kamihara, Hidenori Hiramatsu, Masahiro Hirano, Ryuto Kawamura, Hiroshi Yanagi, Toshio Kamiya, and Hideo Hosono, J. Am. Chem. Soc. 128, 10012 (2006)
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Y. Kamihara, T. Watanabe, M. Hirano, and H. Hosono, J. Am. Chem. Soc. 130, 3296 (2008)
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 H. Takahashi, K. Igawa, K. Arii, Y. Kamihara, M. Hirano, and H. Hosono, Nature 453, 376 (2008)
  6. ^ 6.0 6.1 M. Rotter, M. Tegel, and D. Johrend arXiv:0805.4630 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  7. ^ H. H. Wen, G. Mu, L. Fang, H. Yang, and X. Zhu, Europhys. Lett. 83, 17009 (2008)
  8. ^ X. H. Chen, T. Wu, G. Wu, R. H. Liu, H. Chen, and D. F. Fang, Nature 453, 761 (2008)
  9. ^ Z. A. Ren, W. Lu, J. Yang, W. Yi, X. L. Shen, Z. C. Li, G. C. Che, X. L. Dong, L. L. Sun, F. Zhou, and Z. X. Zhao, Chin. Phys. Lett. 25, 2215 (2008)
  10. ^ G. Cao, C. Wang, Z. Zhu, S. Jiang, Y. Luo, S. Chi, Z. Ren, Q. Tao, Y. Wang, and Z. Xu arXiv:0807.1304 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  11. ^ C. Wang, L. Li, S. Chi, Z. Zhu, Z. Ren, Y. Li, Y. Wang, X. Lin, Y. Luo, S. Jiang, X. Xu, G. Cao, and Z. Xu arXiv:0804.4290 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  12. ^ T. A. Ren, G. C. Che, X. L. Dong, J. Yang, W. Lu, W. Yi, X. L. Shen, Z. C. Li, L. L. Sun, F. Zhou, and Z. X. Zhao, Europhys. Lett. 83, 17002 (2008)
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