近日，王传奎教授团队李宗良教授课题组针对为什么部分铜掺杂铅磷灰石样品表现出铁磁性的问题开展了系统的研究，相关研究成果以“Ferromagnetism induced by excessive oxygen in lead-apatite Pb₁₀(PO₄)₆O”为题在自然指数期刊《Physical Review B》上发表。山东师范大学为第一署名单位，博士研究生刘冰心为论文第一作者，李宗良教授为论文通讯作者，曲阜师范大学闫循旺教授为论文共同通讯作者。

去年，韩国科研团队在arXiv上发布了两篇论文，宣称发现了一种高温常压超导体——铜掺杂铅磷灰石，化学式为Pb_10-xCu_x(PO₄)₆O (0.9 ≤ x ≤ 1.1)，这引起了科研界的极大关注，多个课题组制备了铜掺杂铅磷灰石样品，并没有发现体系具有高温超导性质，但是意外发现部分样品表现出铁磁性。

为了理解样品产生铁磁性的内在物理机制，本论文基于Heisenberg理论模型，对铅磷灰石中掺入过量氧和过量铜能否表现出磁性开展了系统研究。

论文基于理论计算讨论了过量氧及铜含量对铅磷灰石和铜掺杂铅磷灰石磁性的影响，结果发现了三种可能的铁磁性化合物，即Pb₁₀(PO₄)₆O₂、4f-Cu型Pb₉Cu(PO₄)₆O₂和4f-Cu型Pb₈Cu₂(PO₄)₆O。鉴于Cu取代4f位点比取代6h位点时能量高，判断出Pb₁₀(PO₄)₆O₂可能是实验中最可能的铁磁性成分。研究指出，过量氧含量对激发Pb₁₀(PO₄)₆O₂的铁磁性起着至关重要的作用。该工作不仅为观察到的铁磁现象提供了必要和可靠的解释，而且为激发和增强磁性化合物的铁磁性提供了一种新的途径。

文章链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.110.174446

以上研究得到了国家自然科学基金的资助（Nos. 12274255, 12474286 and 11974217）。