最近，中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室陈小龙研究员领导的功能晶体研究与应用中心及研究组在铁基新超导体探索中取得进展，发现了具有层状结构的新铁硒超导体KFe₂Se₂（图1）。该成果已作为Rapid Communication发表在最新的Physical Review B【82, 182520 (R) (2010)】上，并被选为该期的Editor's suggestion。2010年12月3日，该工作又被APS Physics以Success without pressure为题进行了报道。

自2008年2月新的铁基高温超导体被发现以来，已经相继发现了一系列具有不同结构的铁基超导体。典型的体系包括ReFeAsO (Re=稀土元素) (1111体系)、AFe₂As₂ (A＝K, Sr, Ba等) (122体系)、LiFeAs (111体系)和FeSe (11体系)等。其中FeSe的结构最为简单，仅由共边四面体组成的FeSe层沿c轴堆垛而成，不含其它铁基超导体中用来提供载流子的电荷库层。常压下非化学计量比的FeSe超导转变温度约为8K。用Te替代部分Se或者施以高压可以分别将超导转变温度提高至15.2K和37K，这充分表明，FeSe化合物的超导性质对结构和载流子的变化非常敏感。

陈小龙研究团队此次发现的具有层状结构的新铁硒超导体KFe₂Se₂，其空间群为I4/mmm, 与BaFe₂As₂同构，其超导转变温度在30K左右，此温度是FeSe层状化合物在常压下所展现的最高超导转变温度。更重要的是，该材料是一种超导转变温度接近铁砷层状化合物且不含砷的新型超导体。该研究组的郭建刚、陈小龙研究员等研究了K_xFe₂Se₂（0≤x≤1）体系中化合物的成相规律，发现x<0.8时，体系中存在两相（图2），FeSe和K_xFe₂Se₂。磁测量表明，样品存在两个超导转变温度，一个在8K左右，对应已知的超导相FeSe；另一个在30K左右，可能对应K_xFe₂Se₂（图3）。当x>0.8时，FeSe相消失，只生成K_xFe₂Se₂单相。单相样品磁测量表明，K_xFe₂Se₂的超导转变温度高于30K（图4），当温度降为10K时，超导相含量约为60%。电输运测量表明，起始超导转变温度为30.1K，零电阻温度为27.2K，证实了30K超导相的成分在K_xFe₂Se₂附近。图4的右插图为5K时磁化强度与磁场的对应关系，由此可知该样品的下临界磁场约为0.2T，上临界磁场高于9T。

该工作对于探索具有更高超导转变温度的新型铁基超导体具有重要参考价值，同时也为研究高温超导的机理提供了新的线索。

以上研究工作得到了国家自然科学基金委员会的支持。

图1 室温下KFe₂Se₂的Rietveld精修X射线衍射谱。插图是KFe₂Se₂晶体结构的示意图。

图2 K_xFe₂Se₂(103)和FeSe(101)衍射峰强度随K插入量的变化。

图3 K_0.4Fe₂Se₂的磁化强度与温度关系曲线。

图4 K_0.8Fe₂Se₂晶体的磁化强度与温度关系曲线。左插图是超导转变温度区间的局部放大图，右插图是5K下样品的磁化强度与温度关系曲线。