Mn基化合物金属－绝缘体高压相变研究取得进展

对具有高的超导转变温度（Tc）的新型超导体的探索一直是超导研究的前沿课题。铜氧化物高温超导体的研究结果表明，当通过压力或掺杂等调控手段将铜氧化物反铁磁绝缘体中局域的电子转变为金属性的巡游电子时，体系将发生超导转变，相应的磁性以强关联的方式表现出其存在。因为铁基超导体化合物具有金属性，这种绝缘体－金属转变在铁基超导体中是不存在的，这可能制约了其具有更高的Tc。一系列与铜氧化物类似的并具有相同晶体结构反铁磁绝缘体Mn系化合物中是否存在超导转变甚至具有高的Tc是目前超导研究中最为关注的问题之一，人们提出在非常高的压力下Mn基化合物中强的洪特耦合的影响能够被抑制，进而绝缘体的能隙被缩小甚至消除，从而可能出现金属化甚至超导电性。但目前仍没有关于Mn基化合物在此方面研究的报导。

纽约州立大学石溪分校的M. C. Aronson研究小组、中国科学院物理研究所超导实验室等与北京同步辐射光源（BSRF）4W2-高压实验站合作，对LaMnPO采用理论计算与各种实验测量相结合的方法得到了其新的物理图像，提出Mn基绝缘体是非常近邻电子退局域态的。其中，在高压实验站完成的对样品的原位高压X射线衍射结构分析实验结果表明，在16GPa左右LaMnPO晶体结构从四方向正交结构转变，在约30GPa时出现体积突然塌陷，塌陷率达10%。

图中给出了压力下LaMnPO的结构和晶格参数。LaMnPO在低压下的结构是ZrCuSiAs型的四方结构，16.4GPa时XRD图谱出现新峰，样品变为正交结构。当压力达到30GPa时，样品出现非常明显的体积塌陷。表明压力对Mn-P层的影响很大，Mn-P层在压力下明显变平，这导致了Mn-P的杂化增强。

分析表明，Mn-P层在压力下变平，从而增加了Mn-P键的杂化，导致系统从电子几乎都是局域的反铁磁绝缘态向既有局域电子也有巡游电子的反铁磁金属态转变，并最终转变为全部电子都是非局域的顺磁金属态。相比之下，铁砷化合物和铁硒化合物则表现出相对弱的相关性。本研究获得的LaMnPO的电子结构的计算以及高压原位X射线衍射的测量结果表明，只需要适度的压力就能使其Mn磁矩得到抑制，使其从反铁磁的绝缘体转变为金属。LaMnPO中的这种电荷和磁矩非局域化的变化能够使其出现强耦合金属态，而对其他超导材料体系的研究已经证实在这种类似的金属态附近常常有超导态的存在。这一结果对进一步探索Mn基化合物的金属－绝缘体相变规律及其超导电性的研究具有重要意义。该项研究结果发表在美国科学院院刊上。

发表文章：

J. W. Simonson1, Z. P. Yin, M. Pezzoli, J. Guo, J. Liud, K. Post, A. Efimenko, N. Hollmann, Z. Hu, H.-J. Lin, C.-T. Chen, C. Marques, V. Leyva, G. Smith, J. W. Lynn, L. L. Sun, G. Kotliar, D. N. Basov, L. H. Tjeng, and M. C. Aronson, From antiferromagnetic insulator to correlated metal in pressurized and doped LaMnPO，Proceedings of the National Academy of Sciences, E1815–E1819, 2012.