Szczególnie ciekawe okazały się ustalenia dotyczące wpływu domieszkowania na dynamikę sieci krystalicznej, pozyskane przy pomocy badań nieelastycznego rozpraszania światła (spektroskopia Ramana) oraz zaawansowanych obliczeń metodą funkcjonałów gęstości (DFT – Density Functional Theory). Seria zaawansowanych badań została zrealizowana przez dr. Tarasa Palasyuka w Laboratorium Spektroskopii Ramanowskiej pod kierownictwem dr. inż. Cezariusza Jastrzębskiego. Część teoretyczną opracował dr hab. Michał Wierzbicki.

Rekordowe domieszkowanie fluorem

Najważniejszym odkryciem w obrębie diagramu fazowego Pr1111 jest wyznaczenie granicy stabilności chemicznej przy zastępowaniu tlenu fluorem. Atomy fluoru mogą zastąpić atomy tlenu w ilości aż do 70% atomowych bez destabilizacji struktury kryształu. Jak dotąd, spośród wszystkich materiałów rodziny Ln1111 (gdzie Ln oznacza lantanowiec/ziemię rzadką), to właśnie Pr1111 wykazuje największy zakres domieszkowania fluorem.

Fakt ten udowodniono bezpośrednio dzięki spektroskopii ramanowskiej, która precyzyjnie śledzi zmiany w drganiach poszczególnych warstw atomowych pod wpływem zmian składu chemicznego.

Anomalny i unikalny wpływ manganu

Zaobserwowano nieliniowy wpływ domieszkowania manganem na częstości drgań sieciowych warstwy złożonej z atomów prazeodymu (Pr). Jest to pierwsza tego typu obserwacja w całej rodzinie związków typu Ln1111. Wyjątkowość tego zjawiska i jego mechanizm mikroskopowy potwierdzono komplementarnie: za pomocą spektroskopii ramanowskiej oraz obliczeń DFT.

„Dostrajanie” nadprzewodnictwa antymonem

Wykazano, że izowalencyjne podstawianie arsenu antymonem pozwala na subtelne „dostrojenie” (tuning) właściwości nadprzewodzących. Zmiany te, ustalane w drodze pomiarów ramanowskich oraz obliczeń DFT, ujawniły bezpośredni związek pomiędzy geometrią warstwy przewodzącej FeAs a temperaturą krytyczną nadprzewodnictwa.

Wyniki prac zostały opublikowane w serii trzech artykułów naukowych:

• Electronic phase diagram and enhanced superconductivity in fluorine-doped PrFeAsO_1-xFₓ
• Effect of Mn substitution on superconductivity in PrFeAs(O,F): Role of magnetic impurities
• Tuning superconductivity by isovalent antimony substitution in PrFeAs(O,F)

Wyniki opisanych badań otwierają nowe perspektywy w projektowaniu i optymalizacji zaawansowanych nadprzewodników żelazowych.

_{oprac. Taras Palasyuk}