金屬磷屬氧化物

金屬磷屬氧化物（英語：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。

結構

稀土過渡金屬氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO)，如ReFePO、ReRuPO，及ReCoPO，具有鋯銅矽砷型(ZrCuSiAs-type)的結構(常溫下，空間群為P4/nmm)^{[1] [2]}。

超導材料

稀土過渡金屬氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO)，科學家發現其中當過渡金屬為鐵或鎳(Tm = Fe, Ni)，氮族元素為磷或砷(Pn = P, As)時^{[3] [4] [5]}，化合物在低溫下具有超導現象。其中，鐵基氮磷族化合物中，將部份氧以摻雜的方式用氟作部份取代，可使LaFeAsO_1-xF_x的臨界溫度達到26K^[4]，在加壓後(4 GPa)甚至可達到43K^[5]。從此開啟對此類化合物的研究熱潮。此系統亦被簡稱為「1111系統」。此化合物的發現，非但再度打破了由MgB₂保持的非銅氧化物超導體(non-cuprate superconductor)的臨界溫度紀錄，其含鐵元素同時具有超導的特性也受人注目。

受到上述「1111系統」的啟發，ThCr₂Si₂結構的鹼土金屬氮磷族化合物(ATm₂Pn₂，非氧化物)亦被發現，具有臨界溫度約30至40K的超導性，如Ba_1-xK_xFe₂As₂(38 K)^[6]。此系統亦被簡稱為「122系統」。如同氧化物超導體，「1111」與「122」系統的超導來源也是由層狀結構中的FeAs層貢獻，藉由不同價數的離子摻雜或是氧缺陷，可提升FeAs層載子的濃度，進而引發超導。

歷史

1990至2000年代，具ZrCuAsSi結構的稀土過渡金屬氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO)陸續被發現^{[1] [2]}。但並未有人發現其中的超導現象。

2006年起，日本的Hideo Hosono團隊即發現磷化物(LaFePO或LaNiPO)在低溫下展現超導性，但是由於臨界溫度皆在10K以下^[3]，並沒有引起極大關注及興趣。

直到2008年，Hosono團隊發現在鐵基氮磷族氧化物中，將部份氧以摻雜的方式用氟作部份取代，可使LaFeAsO_1-xF_x的臨界溫度達到26K^[4]，在加壓後(4 GPa)甚至可達到43K^[5]。其後，中國的聞海虎團隊，發現在以鍶取代稀土元素之後，La_1-xSr_xFeAsO亦可達到臨界溫度25K^[7]。其後，中國的科學家陳仙輝、趙忠賢等人，發現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[O_0.9F_0.1]可達55K^{[8] [9]}。另外，將鐵以鈷取代(LaFe_1-xCo_xAsO)，稀土元素以釷取代(Gd_1-xTh_xFeAsO)，或是利用氧缺陷(LaFeAsO_1-δ)等方式，也都可以引發超導^{[10] [11] [12]}。

同樣在2008年，受到上述「1111系統」的啟發，ThCr₂Si₂結構的鹼土金屬氮磷族化合物(ATm₂Pn₂)亦被發現，在將BaFe₂As₂中將鹼土金屬(IIA)以鹼金屬(IA)部分取代，亦可得到臨界溫度約30至40K的高溫超導體，如Ba_1-xK_xFe₂As₂(38 K) ^[6]。此系統亦被簡稱為「122系統」。

參考文獻

1. B.I. Zimmer,W. Jeitschko, J.H. Albering, R. Glaum, M. Reehuis, J. Alloys Comp. 229, 238 (1995)
2. P. Quebe, L. J. Terbüchte, and W. Jeitschko, J. Alloys Comp. 302, 70 (2000)
3. Yoichi Kamihara, Hidenori Hiramatsu, Masahiro Hirano, Ryuto Kawamura, Hiroshi Yanagi, Toshio Kamiya, and Hideo Hosono, J. Am. Chem. Soc. 128, 10012 (2006)
4. Y. Kamihara, T. Watanabe, M. Hirano, and H. Hosono, J. Am. Chem. Soc. 130, 3296 (2008)
5. H. Takahashi, K. Igawa, K. Arii, Y. Kamihara, M. Hirano, and H. Hosono, Nature 453, 376 (2008)
6. M. Rotter, M. Tegel, and D. Johrend arXiv:0805.4630 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
7. H. H. Wen, G. Mu, L. Fang, H. Yang, and X. Zhu, Europhys. Lett. 83, 17009 (2008)
8. X. H. Chen, T. Wu, G. Wu, R. H. Liu, H. Chen, and D. F. Fang, Nature 453, 761 (2008)
9. Z. A. Ren, W. Lu, J. Yang, W. Yi, X. L. Shen, Z. C. Li, G. C. Che, X. L. Dong, L. L. Sun, F. Zhou, and Z. X. Zhao, Chin. Phys. Lett. 25, 2215 (2008)
10. G. Cao, C. Wang, Z. Zhu, S. Jiang, Y. Luo, S. Chi, Z. Ren, Q. Tao, Y. Wang, and Z. Xu arXiv:0807.1304 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
11. C. Wang, L. Li, S. Chi, Z. Zhu, Z. Ren, Y. Li, Y. Wang, X. Lin, Y. Luo, S. Jiang, X. Xu, G. Cao, and Z. Xu arXiv:0804.4290 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
12. T. A. Ren, G. C. Che, X. L. Dong, J. Yang, W. Lu, W. Yi, X. L. Shen, Z. C. Li, L. L. Sun, F. Zhou, and Z. X. Zhao, Europhys. Lett. 83, 17002 (2008)