鉄系超伝導体

鉄系超伝導体（FeSC）は、 2006年に超伝導特性が発見された鉄含有化合物です。 ^{[2] [3]} 2008年には、最近発見された鉄ニクチド化合物（元々はオキシニクチドとして知られていました）に先導され、実験と実装の最初の段階にありました。^[4]（以前のほとんどの高温超伝導体は銅酸化物であり、銅と酸素の層を他の物質（La、Ba、Hg）に挟んだものでした）。

この新しいタイプの超伝導体は、鉄とニクチド（周期表の第15族の化学元素、ここでは典型的にはヒ素（As）とリン（P））の導電層に基づいており、次世代の高温超伝導体として有望であると思われます。^[5]

関心が集まっている理由は、新しい化合物が銅酸化物とは非常に異なっており、非BCS理論の超伝導理論につながる可能性があるからです。

最近では、これらはフェロニクチドと呼ばれています。最初に発見されたものはオキシニクチドのグループに属します。化合物のいくつかは1995年から知られており、^[6] 半導体特性は2006年から知られており、特許を取得しています。^{[7]また、一部の鉄}カルコゲンは超伝導性がある こともわかっています。 ^[8]ドープされていないβ -FeSeは最も単純な鉄ベースの超伝導体ですが、多様な特性を持っています。^[9]臨界温度（T _c）は常圧で8 K 、高圧下^[10]およびインターカレーションにより36.7 Kです。インターカレーションと高圧の両方を組み合わせると、最大48 KのT _cで超伝導が再出現します（^{[9] [11]}およびそこに含まれる参考文献を参照）。オキシニクタイドに似た特性を持つ鉄系超伝導体のサブセットである122 鉄ヒ化物は、合成が比較的容易であることから 2008 年に注目を集めました。

LaOFeAs などのオキシプニクタイドは、しばしば「1111」プニクタイドと呼ばれます。

化学的にLaOFeAsとして知られる結晶性物質は、電子が流れる鉄とヒ素の層を、ランタンと酸素の層の間に重ねたものである。酸素の最大11パーセントをフッ素に置き換えると化合物が改善され、26ケルビンで超伝導性になったと研究チームは2008年3月19日のアメリカ化学会誌に報告している。その後の他の研究グループによる研究では、LaOFeAsのランタンをセリウム、サマリウム、ネオジム、プラセオジムなどの他の希土類元素に置き換えると、 52ケルビンで機能する超伝導体になることが示唆されている。^[5]

鉄ニクタイド超伝導体は、スペーサーまたは電荷貯蔵ブロックと交互になった [FeAs] 層状構造に結晶化する。^{[12]したがって、化合物は、LaFeAsO、 [3]} SmFeAsO、^[14] PrFeAsO、^[22]などを 含む「1111」システム RFeAsO (R: 希土類元素)、 「122」型 BaFe ₂ As ₂、^[23] SrFe ₂ As ₂ ^[35]または CaFe ₂ As ₂、^[24]「111」型 LiFeAs、^{[27] [28] [29]} NaFeAs、^{[30] [31] [36]}および LiFeP に分類できる。^[37]ドーピングまたは加圧により、化合物は超伝導体に変化する。^{[12] [38] [39]}

_{2009年に発見されたSr 2} ScFePO ₃などの化合物は、FePSr ₂ ScO ₃として「42622」ファミリーと呼ばれています。^[40]注目すべきは、高圧合成技術を使用した(Ca ₄ Al ₂ O _6−y )(Fe ₂ Pn ₂ )（またはAl-42622(Pn); Pn = AsおよびP）の合成です。 Al-42622(Pn)は、Pn = AsおよびPの両方で超伝導を示し、転移温度はそれぞれ28.3 Kと17.1 Kです。 Al-42622(Pn)のa格子パラメータ（Pn = AsおよびPの場合、それぞれa = 3.713 Åおよび3.692 Å）は、鉄ニクタイド超伝導体の中で最も小さいです。同様に、Al-42622(As) は As–Fe–As 結合角が最も小さく (102.1°)、As と Fe 面の距離が最も大きい (1.5 Å)。^[19]高圧技術により、(Ca ₃ Al ₂ O _5−y )(Fe ₂ Pn ₂ ) (Pn = As および P) も生成され、これはペロブスカイトベースの「32522」構造を持つ最初の鉄系超伝導体である。転移温度 (T _c ) は、Pn = As の場合は 30.2 K、Pn = P の場合は 16.6 K である。超伝導の発現は、これらの材料の正方晶 a 軸格子定数が小さいことに起因している。これらの結果から、鉄系超伝導体の a 軸格子定数と T _cの間に経験的な関係が確立された。^[18]

2009年には、ドープされていない鉄ニクタイドが電子の局在と遍歴性の競合から生じる磁気量子臨界点を持つことが示された。^[41]

超伝導銅酸化物と同様に、鉄系超伝導体の特性はドーピングによって劇的に変化する。FeSCの親化合物は通常金属であるが（銅酸化物とは異なり）、銅酸化物と同様に反強磁性的に配列しており、これはしばしばスピン密度波（SDW）と呼ばれる。超伝導（SC）は正孔または電子のドーピングによって発現する。一般に、相図は銅酸化物に似ている。^[42]

超伝導転移温度は表に記載されている（一部は高圧下での）。BaFe _1.8 Co _0.2 As _2は、測定されたコヒーレンス長2.8 nmから、43テスラの上部臨界磁場を持つと予測される。 ^[21]

2011年、日本の科学者は、鉄系化合物を赤ワインなどの熱いアルコール飲料に浸すことで金属化合物の超伝導性を高めるという発見をした。^{[48] [49]}以前の報告では、過剰な鉄が双共線反強磁性秩序の原因であり、超伝導には不利であると示されていた。さらなる調査により、弱酸には層間サイトから過剰な鉄を脱離させる能力があることが明らかになった。したがって、弱酸アニーリングは過剰な鉄を脱離させることで反強磁性相関を抑制し、超伝導が達成される。^{[50] [51]}

転移温度と電子バンド構造の間には経験的な相関関係があり、フェルミ面の一部がリフシッツ位相転移の近傍にあるときにT _{c の}最大値が観測されます。^{[42]同様の相関関係は後に}高T _c銅酸化物でも報告されており、この2つの高温超伝導体ファミリーの超伝導メカニズムが類似している可能性があることを示唆しています。^[52]

臨界温度は適切な基板上の鉄カルコゲニド薄膜ではさらに上昇する。2015年には、チタン酸ストロンチウム上に成長したセレン化鉄薄膜で約105～111 KのT _cが観測された。^[53]