人類在遠(yuǎn)古時(shí)代就開始使用粘土和石墨等層狀材料。近年來，對(duì)范德瓦耳斯層狀材料的離子插層更是催生了很多重要的科學(xué)成果，如電化學(xué)儲(chǔ)能，電致變色，非傳統(tǒng)超導(dǎo)等。但數(shù)十年來，除石墨和氮化硼以外，其它范德瓦耳斯材料均無法插入陰離子，嚴(yán)重阻礙了該領(lǐng)域的發(fā)展。其主要原因，在于該類材料結(jié)構(gòu)層兩端多是帶負(fù)電的陰離子。該類材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致其很容易被插入陽離子，但陰離子的插入?yún)s違反了“同性相斥，異性相吸”的樸素原理，成為了層狀材料研究的“禁區(qū)”。
四方鐵硒是結(jié)構(gòu)簡單的層狀金屬硫化物，也是一大類鐵硒基高溫超導(dǎo)體的母體材料。近期，對(duì)鐵硒的金屬插層和電子摻雜導(dǎo)致了對(duì)鐵基高溫超導(dǎo)機(jī)理的全新認(rèn)識(shí)。然而，受限于無法向鐵硒中插入陰離子，鐵硒基超導(dǎo)體的空穴摻雜一直難以實(shí)現(xiàn)。針對(duì)這種情況，我們分析了插層反應(yīng)的主要驅(qū)動(dòng)力和勢(shì)壘，并提出使用堿金屬預(yù)插層的方法打開層間距，降低了后續(xù)陰離子插層的勢(shì)壘。同時(shí)，引入了氧化性的水熱環(huán)境，通過空穴轉(zhuǎn)移增加陰離子插層的驅(qū)動(dòng)力，從而成功向鐵硒單晶中插入了大量硫離子，并誘發(fā)了超導(dǎo)電性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)“禁區(qū)”的突破。該工作為解決范德瓦爾斯材料的陰離子插層，以及研究空穴型鐵硒基超導(dǎo)體的機(jī)理，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
Sun and coworkers perform intercalation of FeSe matrix with the unique anion S/Se using ion exchange method and successfully enhances the superconductivity. FeSe is of significant interest in recently years due to its exotic electronic structures and so on. At this time only the cation intercalation had been reached, so this was a ground-breaking study in the field and particularly important for the community.
中國科學(xué)院物理研究所
Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences
Intercalating Anions between Terminated Anion Layers: Unusual Ionic S–Se Bonds and Hole-Doping Induced Superconductivity in S0.24(NH3)0.26Fe2Se2
2019,?Vol.?141,?No.?35,?13849-13857
https://doi.org/10.1021/jacs.9b05899
