[科普中國]-氮磷族氧化物

氮磷族氧化物(oxypnictide)，是指具有氮族元素(第5族元素，即氮、磷、砷、銻及鉍)、氧以及其他元素的化合物。

簡介氮磷族氧化物(oxypnictide)，是指具有氮族元素(第5族元素，即氮、磷、砷、銻及鉍)、氧以及其他元素的化合物。1

結(jié)構(gòu)稀土過渡金屬氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO)，如ReFePO、ReRuPO，及ReCoPO，具有鋯銅硅砷型(ZrCuSiAs-type)的結(jié)構(gòu)(常溫下，空間群為P4/nmm)。1

超導(dǎo)材料稀土過渡金屬氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)其中當(dāng)過渡金屬為鐵或鎳(Tm = Fe, Ni)，氮族元素為磷或砷(Pn = P, As)時，化合物在低溫下具有超導(dǎo)現(xiàn)象。其中，鐵基氮磷族化合物中，將部分氧以摻雜的方式用氟作部分取代，可使LaFeAsO1-xFx的臨界溫度達(dá)到26K，在加壓后(4 GPa)甚至可達(dá)到43K。從此開啟對此類化合物的研究熱潮。此系統(tǒng)亦被簡稱為“1111系統(tǒng)”。此化合物的發(fā)現(xiàn)，非但再度打破了由MgB2保持的非銅氧化物超導(dǎo)體(non-cuprate superconductor)的臨界溫度紀(jì)錄，其含鐵元素同時具有超導(dǎo)的特性也受人注目。

受到上述“1111系統(tǒng)”的啟發(fā)，ThCr2Si2結(jié)構(gòu)的堿土金屬氮磷族化合物(ATm2Pn2，非氧化物)亦被發(fā)現(xiàn)，具有臨界溫度約30至40K的超導(dǎo)性，如Ba1-xKxFe2As2(38 K)。此系統(tǒng)亦被簡稱為“122系統(tǒng)”。如同氧化物超導(dǎo)體，“1111”與“122”系統(tǒng)的超導(dǎo)來源也是由層狀結(jié)構(gòu)中的FeAs層貢獻(xiàn)，借由不同價數(shù)的離子摻雜或是氧缺陷，可提升FeAs層載子的濃度，進(jìn)而引發(fā)超導(dǎo)。1

歷史1990至2000年代，具ZrCuAsSi結(jié)構(gòu)的稀土過渡金屬氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO)陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。但并未有人發(fā)現(xiàn)其中的超導(dǎo)現(xiàn)象。

2006年起，日本的Hideo Hosono團(tuán)隊即發(fā)現(xiàn)磷化物(LaFePO或LaNiPO)在低溫下展現(xiàn)超導(dǎo)性，但是由于臨界溫度皆在10K以下，并沒有引起極大關(guān)注及興趣。

直到2008年，Hosono團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)在鐵基氮磷族氧化物中，將部分氧以摻雜的方式用氟作部分取代，可使LaFeAsO1-xFx的臨界溫度達(dá)到26K，在加壓后(4 GPa)甚至可達(dá)到43K。其后，中國的聞?；F(tuán)隊，發(fā)現(xiàn)在以鍶取代稀土元素之后，La1-xSrxFeAsO亦可達(dá)到臨界溫度25K。其后，中國的科學(xué)家陳仙輝、趙忠賢等人，發(fā)現(xiàn)將鑭以其他稀土元素作取代，則可得到更高的臨界溫度；其中，SmFeAs[O0.9F0.1]可達(dá)55K。另外，將鐵以鈷取代(LaFe1-xCoxAsO)，稀土元素以釷取代(Gd1-xThxFeAsO)，或是利用氧缺陷(LaFeAsO1-δ)等方式，也都可以引發(fā)超導(dǎo)。

同樣在2008年，受到上述“1111系統(tǒng)”的啟發(fā)，ThCr2Si2結(jié)構(gòu)的堿土金屬氮磷族化合物(ATm2Pn2)亦被發(fā)現(xiàn)，在將BaFe2As2中將堿土金屬(IIA)以堿金屬(IA)部分取代，亦可得到臨界溫度約30至40K的高溫超導(dǎo)體，如Ba1-xKxFe2As2(38 K)。此系統(tǒng)亦被簡稱為“122系統(tǒng)”。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李嘉騫 - 博士 - 同濟(jì)大學(xué)