高压手段被认为是调制超导电性和正常态行为的有效方法。对于全新的BiS2基超导家族,随着外界压力的增加,基本上都可以提高其超导体积和超导转变温度,同时正常态电阻率也大幅减小,甚至由半导体行为转变为金属行为。而压力下的x射线衍射实验表明,BiS2基超导体在压力下可能存在由四方相(P4/nmm)到单斜相(P21/m)的结构相变。近期,结构与LaO0.5F0.5BiS2相同的新超导体LaO0.5F0.5BiSe2被发现,围绕BiSe2基超导体的研究和探索正在展开。

南京大学物理学院闻海虎小组的刘建忠同学和祝熙宇等很快利用将LaO0.5F0.5BiSe2超导单晶生长出来,并对其进行了高压测量,发现了明显不同的低压超导相和高压超导相。随着压力的增加,原来的超导相(Tc ~ 3.5K)超导转变温度不断降低,当到达一定压力时,更高超导转变温度的高压相(Tc ~ 6.5K)出现并随着压力的增加而逐渐增加。当达到更高压力时,低压相消失,高压相出现零电阻并且超导转变非常陡(如图1)。

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图1. (a)不同压力下的电阻行为。(b)和(c)分别为两个LaO0.5F0.5BiSe2单晶样品在低温区域不同压力下的电阻行为。

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图2.(a)超导转变温度与压力的关系(b)正常态电阻率与压力的关系。

同时,我们发现不仅在压力作用下超导转变温度是非单调变化的,相应地正常态电阻也呈现出非单调的变化。如图2相图所示,在临界压力以下,超导转变温度和正常态电阻都随着压力的增大而降低,而在临界压力以上,随着压力的增大超导转变温度缓慢增大,同时正常态电阻显著增加。这表明在压力作用下,LaO0.5F0.5BiSe2可能存在一个由低压相到高压相的结构相变。该工作对理解BiS2基和BiSe2基的超导机理有指导意义。相关工作发表于【PRB 90, 094507 (2014)】。