有机超导体因为理论预言可能存在高温超导和奇异超导配对对称性,因此受到广泛的关注和研究。有机超导体通常伴随着低维结构、丰富的磁相变和奇异的超导基态。此外,大多数有机超导体的带宽应该是非常窄的,这必然导致强关联效应。最近,金属掺杂芳香烃化合物作为一个新的有机超导体系倍受关注。不久之前有报道称,K 掺杂对三联苯体系可能是一个新的高温超导体,其存在高达120K 的超导转变温度。但是从磁化曲线上看,磁屏蔽的体积分数非常小,大概万分之一的量级,并且没有电阻方面的数据。

为了更好的判断该体系是否是真的高温超导体,南京大学超导物理和材料研究中心的闻海虎教授课题组的刘文豪等用高压的手段合成了钾掺杂对三联苯和钾掺杂对四联苯。磁化研究发现这两种材料在125K附近都存在一个磁相变,和之前报道的结果相似,如下图1所示。如果将其归于超导,在超导穿透深度要远小于超导颗粒的大小不用考虑退磁因子的情况下,那么计算出来扣除背景后的超导体积只有0.04%。

图1. 低场下K掺杂对三联苯和对四联苯的场冷和零场冷磁化曲线。

不同温度下K掺杂对三联苯的磁滞回线显示整个样品表现出一个弱铁磁行为。如果我们将150K测量的无明显回滞的磁滞回线数据作为背景扣除后,即取ΔM(H,T)=M(H,T)-M(H,150K)。可以发现低于磁转变温度125K的ΔM(H,T)表现出类似于典型II类超导体磁滞回线行为,而当温度高于125K时却不存在。

图2. (a) 不同温度下测量的磁滞回线数据,(b)和(c)显示不同温度下扣除150磁矩背景后的磁滞回线。

基于磁性测量的结果,我们认为在钾掺杂对三联苯和钾掺杂对四联苯材料中,可能存在一小部分的超导相。但是,由于有一个正的磁化率背景和低于Tc下磁屏蔽的体积分数过小,目前我们还不能完全认定这种现象一点来源于超导电性。

该工作得到科技部,国家自然科学基金委,以及人工微结构2011协同创新中心的支持,作者对此表示感谢。相关结果发表在【Physical Review B 96, 224501(2017)】上。