超导电性是一种宏观量子现象，处于超导态的超导体具有零电阻和完全抗磁等奇妙特性。新型超导体的探索不但可以引发基础研究兴趣，还可能导致大规模应用。与早期的元素超导体和合金超导体不同，近数十年来发现的化合物超导体大多是通过化学掺杂引入额外载流子而得到的。铜氧化物高温超导体以及铁基高温超导体超导体基本上属于这种情形。近年来发现的BiS基超导体同样是经过化学电子掺杂而引入超导电性的。

    最近，物理系曹光旱研究组及其合作者报道了包含Eu_n+1F_2n (n=1, 2)层的两种BiS基新化合物--EuBiS₂F和Eu₃Bi₂S₄F₄。这两种材料无需进行化学掺杂即表现出超导电性，超导转变温度分别为0.3 K和1.5 K。研究表明，材料中的Eu原子呈现混合价态，Eu-4f电子部分转移至BiS层的导带上，从而实现“自掺杂”而诱导出超导电性。他们还在EuBiS₂F材料中观察到BiS层的电荷密度波行为，这是在BiS基超导家族中的首次报道。此外，两类材料中Eu的混合价态行为互不相同，且非同寻常，值得进一步探索。

    上述相关论文分别发表于Phys. Rev. B 90, 064518 (2014)和J. Am. Chem. Soc.（Article ASAP, DOI: 10.1021/ja508564s）上。论文的第一作者为博士生翟会飞同学。本工作得到了科技部973项目、国家自然科学基金以及教育部中央高校基本科研业务费的支持。

 

图 2 Eu₃Bi₂S₄F₄超导体的晶体结构表征（左）以及超导转变（右）.