一种新的超导母体：褶皱的蜂窝状空位有序

ScienceBulletin

空位在材料体系中无处不在，空位的存在也极大地影响了材料的光学、热学、电学等性质。目前，空位的研究主要集中在弱关联或没有关联的体系，而在强关联体系中的空位以及空位和其他新奇量子现象的关系则知之甚少。上海科技大学齐彦鹏课题组和日本东京工业大学细野秀雄课题组在强关联铱化物Ir₁₆Sb₁₈中发现了一种新奇的空位有序：褶皱的蜂窝状空位结构，而这种独特的空位有序与超导电性的竞争关系表明这是一种新型的超导母体。该研究工作以封面文章发表在Science Bulletin 2021年第4期。

实际材料总是具有缺陷。作为最简单的点缺陷---空位，可以极大地影响材料的光学、热学、电学等性质。众所周知的例子包括：宝石中的色心，钻石中的氮空位，固态电池中的空位迁移以及相变材料中的金属-绝缘体转变。在这些体系中，空位是没有相互作用或相互作用较弱的，而其在强关联材料中的作用目前尚不清楚。

长期以来，人们一直期待在强关联的空位有序体系中发现超导等奇异的物理现象。K-Fe-Se超导体是近期研究的热点，其重要原因是该体系存在一个绝缘的铁空位有序相。然而，这种铁空位有序相已被证实仅在纳米尺度上与超导相共存，并不是超导的母相。关联的空位有序相是否能成为一种新型的超导母相，仍然是一个悬而未决的问题。

铱化物---由于库仑斥力、晶体场和自旋轨道耦合的能量尺度相当且相互竞争，是一个探索新奇物理现象的理想平台。近日，上海科技大学齐彦鹏课题组与日本东京工业大学细野秀雄课题组合作，深入研究了Ir-Sb二元体系，在Ir₁₆Sb₁₈中发现了一种新奇的空位有序：褶皱的蜂窝状空位。理论计算表明该空位有序来源于费米面的嵌套，而空位有序的形成会破坏对称性，使得费米面附近的电子局域化。通过在空位中引入Ir或者用Rh来替代Ir，可以有效地破坏空位有序，从而引入超导电性。空位有序与超导电性的竞争关系表明：具有褶皱的蜂窝状空位有序的Ir₁₆Sb₁₈是一种新型的超导母体。这种新的褶皱的蜂窝状空位有序的发现，表明了“强关联空位”的重要性，这为探索更多新奇量子临界现象带来契机。

图1 褶皱的蜂窝状空位有序结构

由于Ir空位的存在，使得Ir₁₆Sb₁₈具有独特的带褶皱的蜂窝状空位有序结构，这种空位有序方式尚未在其他材料中被观察到。从TEM中可以清晰看到这种独特的空位有序结构。

图2 超导与空位有序的竞争关系

通过在空位中引入Ir或者用Rh来替代Ir，可以有效地破坏空位有序从而引入超导电性。空位有序与超导电性存在明显的竞争关系，这表明褶皱的蜂窝状空位有序的Ir₁₆Sb₁₈是一种新型的超导母体。

资助机构：国家重点研发计划（2018YFA0704300）、国家自然科学基金（U1932217, 11974246，11888101）、上海市自然科学基金（19ZR1477300）。

更多详情请阅原文：[点击下方阅读原文]

Yanpeng Qi, Tianping Ying, Xianxin Wu, Zhuoya Dong, Masato Sasase, Qing Zhang, Weiyan Liu, Masaki Ichihara, Yanhang Ma, Jiangping Hu, Hideo Hosono. Superconductivity from buckled-honeycomb-vacancy ordering, Science Bulletin, 2021, 66(4):327-331.