Izowartościowe podstawienie antymonu (Sb) w miejsce arsenu (As) jako sposób kontroli nadprzewodnictwa w żelazowych oksypniktydach

Wśród różnych metod modyfikowania właściwości nadprzewodników izowartościowe podstawienie stanowi skuteczną strategię umożliwiającą zmianę struktury elektronowej bez wprowadzania dodatkowych nośników ładunku. W najnowszej pracy zespół badawczy prof. Shiv J. Singha z Laboratorium Nadprzewodników i Technologii Wodorowych (NL-6) zbadał wpływ izowartościowego podstawienia antymonu (Sb) w miejsce arsenu (As) na właściwości strukturalne, elektronowe i nadprzewodzące żelazowego nadprzewodnika oksypniktydowego PrFeAs(O,F) (Pr1111).

Wykorzystując badania strukturalne, spektroskopię Ramana, pomiary transportu elektrycznego i magnetotransportu, pomiary właściwości magnetycznych oraz obliczenia w ramach teorii funkcjonału gęstości (DFT), badacze wykazali przejście od reżimu zdominowanego przez modyfikacje struktury elektronowej przy niskich stężeniach Sb do reżimu zdominowanego przez nieuporządkowanie przy większych stężeniach Sb. Przy niewielkiej zawartości Sb nadprzewodnictwo pozostaje wyjątkowo stabilne, a temperatura przejścia nadprzewodzącego ulega jedynie nieznacznemu obniżeniu. Jednocześnie obserwuje się wzmocnienie pinningu wirów oraz większą jednorodność stanu nadprzewodzącego. Pomiary spektroskopii Ramana oraz obliczenia DFT ujawniają subtelne zmiany w otoczeniu wiązań Fe–pniktogen przy jednoczesnym zachowaniu zasadniczej struktury elektronowej odpowiedzialnej za nadprzewodnictwo.

Wraz ze wzrostem zawartości Sb coraz bardziej nasilają się nieuporządkowanie strukturalne oraz powstawanie faz wtórnych, co prowadzi do wzrostu rozpraszania nośników ładunku, pogorszenia połączeń międzyziarnowych oraz szybkiego tłumienia nadprzewodnictwa. Badania wykazały wyraźne korelacje pomiędzy rozszerzeniem sieci krystalicznej, mięknięciem fononów, nieuporządkowaniem strukturalnym, dynamiką wirów oraz właściwościami nadprzewodzącymi, dostarczając spójnych podstaw do zrozumienia wpływu izowartościowego podstawienia na nadprzewodnictwo w żelazowych nadprzewodnikach oksypniktydowych typu 1111. Wyniki te dostarczają nowych informacji na temat zależności pomiędzy strukturą krystaliczną, podstawieniem chemicznym i nadprzewodnictwem, otwierając nowe możliwości projektowania i optymalizacji zaawansowanych materiałów nadprzewodzących na bazie żelazowych oksypniktydów.

Szczegóły opublikowanych wyników przedstawiono w pracy:

Priya Singh, Konrad Kwatek, Tatiana Zajarniuk, Taras Palasyuk, Cezariusz Jastrzębski, Andrzej Szewczyk, Michał Wierzbicki i Shiv J. Singh, “Tuning Superconductivity by Isovalent Antimony Substitution in PrFeAs(O,F)”, Physica B: Condensed Matter 740, 419025 (2026) DOI: 10.1016/j.physb.2026.419025.

https://doi.org/10.1016/j.phys...