マンガンカルコゲナイド合金で高圧超伝導相を安定化(High-Pressure Superconductivity Phase Stabilized in Manganese Chalcogenide Alloy)

2026-06-30 合肥物質科学研究院(HFIPS)

中国科学院合肥物質科学研究院・固体物理研究所のChinese Academy of Sciencesの研究チームは、マンガンカルコゲナイド合金MnSe₀.₅Te₀.₅において、高圧下で生じる超伝導相(B31型結晶構造)の安定化に成功した。従来、このB31相は高圧下でのみ存在し、減圧すると元の構造へ戻るため超伝導も失われていた。本研究では、MnSeのセレンの一部をテルルに置換することで、減圧時の構造逆転移のエネルギー障壁を高め、高圧相を保持しやすくした。その結果、圧縮時には約16GPaで超伝導が発現し、減圧後も約4GPaまで超伝導が維持された。この圧力領域では弱い反強磁性相関も再び現れ、超伝導と共存することが確認された。研究チームは、この特異な履歴依存性は通常のスピン揺らぎではなく、構造の乱れに起因する量子臨界揺らぎによるものと考えている。また、圧力誘起のヤーン・テラー歪みによりMn-Mn二量体化(Peierls型)が生じ、電子構造が変化してクーパー対形成が促進されることが超伝導発現の鍵であると示した。本成果は、化学組成制御によって高圧超伝導相をより低圧で安定化する新たな指針を示し、将来的な常圧保持や実用化への道を開く成果である。

マンガンカルコゲナイド合金で高圧超伝導相を安定化(High-Pressure Superconductivity Phase Stabilized in Manganese Chalcogenide Alloy)
Cooperative structural distortion, band structures, and pressure‑dependent transport and superconductivity in MnSe0.5Te0.5 during compression and decompression. (Image by WANG Pei)

<関連情報>

圧力誘起ヤーン・テラー歪みによって開始される構造由来超伝導を伴うB31型MnSe0.5Te0.5相の捕捉 Capture of B31-Type MnSe0.5Te0.5 Phase With Structure-Borne Superconductivity Initiated by Pressure-Induced Jahn–Teller Distortions

Pei Wang, Jing Zhao, Di Peng, Dongxuan Han, Yuxin Liu, Fujun Lan, Liping Wang, Qiaoshi Zeng, Yusheng Zhao, Xianlong Wang
Advanced Materials  Published: 21 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202521905

ABSTRACT

Superconductivity in manganese-based compounds is strongly dependent on their high-pressure phases. Consequently, capturing high-pressure superconducting phases, particularly those that cannot be crystallized in their bulk form at ambient condition yet retain superconductivity, is of significant interest. Here, we report the capture of a superconducting high-pressure B31-type MnSe0.5Te0.5 phase (space group Pnma) at ambient pressure, achieved via chemical substitution-induced irreversible phase transitions (Fm3mP63/mmcPnma) and reversible spin-crossover under a hydrostatic compression-decompression cycle up to ≈40 GPa. Upon decompression, the B31 phase exhibits structure-borne superconductivity that persists down to ≈4 GPa, with a maximum Tc of ≈7.5 K at ≈8 GPa. DFT calculations reveal that the accumulated pressure-induced charge transfer (ligand-to-Mn2+) causes an abrupt Jahn–Teller distortion (JTD) in MnX6 octahedra by lifting the t2g orbital degeneracy in low-spin Mn2+ (d5). The JTD triggers Peierls-like metallic Mn–Mn dimerization, facilitating electron-pairing by driving local electron redistribution, thereby initiating superconductivity in the orthorhombic phase. These findings demonstrate an approach to retain a superconducting phase through chemical substitution-induced irreversible phase transition under high-pressure.

0703金属材料
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