高压下 AgSnSe2的超导 “重生”：无序、结构与超导性的深度探索

在凝聚态物理中，超导性与无序的关系复杂。为探究其奥秘，研究人员以强无序 3D 超导体 AgSnSe2为对象。发现高压下其超导性先被抑制后重现，结构从 NaCl 型转变为 CsCl 型。该研究为探索相关综合效应提供平台，意义重大。

　　在凝聚态物理的奇妙世界里，超导性与无序之间的关系就像一团迷雾，吸引着无数科研人员去探索。根据 BCS 理论和安德森定理，弱无序对超导临界温度和超导能隙影响不大，然而强无序却如同 “超导杀手”，它能诱导电子波函数的局域化，不仅抑制超导性，甚至还会引发超导体 - 绝缘体转变。但在这两个极端情况之间，适度的无序却像是一个神秘的 “开关”，有可能增强超导性。比如，由钠原子弱键合的准一维 MoSe 链，就展现出前所未有的无序增强超导性；在 NbSe₂单层中，也发现了可精确调控的无序诱导反常超导增强现象。

在这样的研究背景下，AgSnSe₂这种具有无序特征的化合物进入了科研人员的视野。它结晶为面心立方的 NaCl 型结构，其中 Ag 原子会部分取代 Sn 原子。而且，它有着丰富多样的性质，是 II 型超导体，超导临界温度（T_c）为 4.6K，还存在双能隙超导性等。那么，在高压与无序的共同作用下，AgSnSe₂会有怎样的表现呢？上海科技大学等机构的研究人员决心一探究竟。

研究人员开展了一系列实验和理论计算研究。主要运用了以下关键技术方法：一是通过固态反应合成高质量 AgSnSe₂多晶样品，利用 X 射线衍射、能量色散 X 射线光谱等手段对其进行表征；二是采用金刚石对顶砧（DAC）技术，结合范德堡法、红宝石荧光法和金刚石拉曼光谱法等，进行高压原位测量，获取高压下的电学输运、晶体结构等数据；三是运用基于密度泛函理论的维也纳从头算模拟软件包（VASP）和相似原子环境（SAE）方法进行理论计算。

下面来看具体的研究结果：

• 材料制备与表征：通过粉末 XRD 的 Rietveld 精修确定 AgSnSe₂为 NaCl 型结构，空间群为 Fm3m，晶格参数 a = 5.682 (1)?，原子比 Ag:Sn:Se=(23.2±0.7):(24.9±1.0):(51.9±1.6)。温度依赖的电阻率和磁化率测量表明，样品在 4.4K 发生超导转变，展现出良好的质量和形态均匀性。
• 高压下的电学输运：高压原位电学输运测量显示，在低压范围，AgSnSe₂电阻率随温度降低而减小，呈现金属行为。T_c对压力敏感，在 8.2GPa 时被完全抑制。之后电阻率随压力增加先减小后增大，在 44.9GPa 左右呈现非金属行为，同时出现第二个超导相，在 54.7GPa 时电阻率降为零，T_c持续增加，在 86.2GPa 时达到 5.2K。不同样品多次测量结果一致，证实了超导性的重现是本征的压力诱导现象。通过测量不同磁场下的电阻率，得到上临界场（μ₀H_c2）等参数，发现两个超导态性质不同。此外，霍尔测量表明电子是主要载流子，在 40GPa 左右，霍尔系数急剧增加，载流子浓度大幅上升，而载流子迁移率达到最小值。
• 高压下的晶体结构：室温下对 AgSnSe₂进行 X 射线衍射测量，2.4GPa 时其结构与 NaCl 型结构相符，随着压力增加，衍射峰向高角度移动，晶格参数 a 单调减小。46.9GPa 时出现新的布拉格峰，表明有新相出现，这与第二个超导态的临界压力一致。结合 SAE 方法和第一性原理计算，确定高压下 AgSnSe₂从 NaCl 型（Fm3m）转变为 CsCl 型（Pm3m）结构，转变压力约为 42GPa。转变后，体模量等参数发生变化。
• 高压下的理论计算结果：计算 Fm3m 和 Pm3m 相的部分态密度（PDOS）发现，结构转变后，Se 原子在费米能处的 PDOS 急剧升高，这意味着结构转变后 Se 原子在电子结构方面对电子 - 声子耦合（EPC）的贡献可能更大。同时，结构转变后 Ag - Se 和 Sn - Se 键长增加，而 Se - Se 键明显收缩，Se - Se 原子间相互作用增强，这与 Se 原子在费米能附近 PDOS 的跃升相关，有助于解释 40GPa 左右超导性的重现。
• 高压下的拉曼光谱：拉曼散射光谱测量显示，压缩过程中所有振动模式向高频移动，30.4GPa 以上出现新的拉曼模式，强度随压力增加，同时主振动模式附近出现肩峰，拉曼峰强度在 36.2GPa 达到最大，之后迅速下降并融入背景。这一变化与同步辐射 XRD 结果一致，进一步证明了压力诱导的结构相变。

研究结论和讨论部分指出，压力诱导的结构相变是 AgSnSe₂超导性重现的关键原因。在第二个超导态（SC - II）中，T_c持续增加，在 93.2GPa 时达到 5.8K，高于初始超导相。结构相变导致 Se 原子环境改变，Se - Se 键增强，Se 原子的 PDOS 在转变压力附近急剧升高，这与高压下的第二个超导相密切相关。此外，研究还推测，AgSnSe₂中的无序可能有助于稳定晶体结构，并对高压相的超导性产生影响，但无序与电子 - 声子耦合之间的关系仍需进一步研究。

这项研究系统性地探究了高压下 AgSnSe₂的晶体结构和电子性质，发现了超导性在高压下的重现现象，揭示了其与结构相变、Se 原子态密度变化的内在联系。这不仅为研究无序与超导性之间的相互作用提供了重要平台，也为在高压条件下探索新型超导体提供了新的思路和方向，在凝聚态物理领域具有重要的科学意义。