论文摘要
超导体中存在特殊的宏观量子现象如零电阻、完全抗磁（Meissner Effect）、约瑟夫森效应,可以在精密磁场探测、量子计算、超导强场磁体等领域进行应用。但是目前尚无超导体微观机理的统一理论描述。在已发现的超导体中,两个高温超导体系:铜基超导体和铁基超导体都是具有准二维结构的超导体系。本文介绍了具有准二维结构的铁基材料EuFeAs2的发现及对其电子掺杂相图的研究,同时还介绍了对具有准一维结构的新Cr基超导体系的探索研究工作。铁基超导体中存在一类特殊的“112”型化合物Ca1-xRExFeAs2（RE=稀土元素）。Ca1-xRExFeAs2中存在独立的As层,对Ca位进行La掺杂会增强Fe的自旋密度波（SDW:Spin Density Wave）序。但是Ca1-xRExFeAs2只在0.10≤x≤0.27时存在,未掺杂的Ca FeAs2一直没有被成功合成出来。本文介绍另一“112”型化合物EuFeAs2的发现,以及对EuFeAs2电子掺杂相图的详细研究。我们用固相反应法合成了EuFeAs2、Eu位掺杂Pr的Eu1-xPrxFeAs2,以及Fe位Co掺杂的Eu0.9Pr0.1Fe1-yCoyAs2多晶样品。通过系统的结构、磁化率和电阻率的研究发现:EuFeAs2是一个包含Fe位的自旋密度波（SDW）、Eu位的反铁磁（AFM:antiferromagnetism）序、超导序的体系。对于Eu位掺杂Pr的Eu1-xPrxFeAs2,SDW相变温度从母体的103 K缓慢降到x=0.2时的87 K。与此同时,Eu的反铁磁相变温度从母体的40 K降到x=0.2时的27 K。在x=0.15时达到最佳掺杂Tc=8.3K。在整个超导区域（0.035≤x≤0.20）内,超导序、SDW、Eu位的反铁磁序共存。为了彻底压制SDW、获得更高的超导相变温度。我们制备了一系列共掺杂Eu0.9Pr0.1Fe1-yCoyAs2的多晶样品。随Co掺杂量的增加:Eu位的反铁磁相变温度保持不变,Fe位的SDW相变温度迅速降低。SDW相变在y=0.07时消失,同时达到最高Tc=30.6 K。虽然Pr和Co都是对EuFeAs2进行电子掺杂,但其对磁有序的影响有明显区别。这种现象可能和EuFeAs2中独立存在的As层减弱了Eu亚格子与Fe2As2层间的耦合有关,暗示了As层的存在增强了EuFeAs2体系的准二维性。最近发现的K2Cr3As3等Cr基准一维超导体表现出非常规的超导电性:这类材料有着较高的上临界场、超导对非磁性杂质敏感、同时Tc附近自旋晶格弛豫率相干峰缺失,理论预测其可能是p波配对的超导体。我们使用无水乙醇将K2Cr3As3和Rb2Cr3As3单晶中一半的碱金属离子脱嵌,成功地制备出了KCr3As3（5K）和Rb Cr3As3（7.3 K）超导单晶。本文着重介绍Rb Cr3As3单晶的探索研究工作:Rb Cr3As3单晶具有中心对称结构（P63/m（No.176））,其正常态电阻率表现出金属行为。Rb Cr3As3的上临界场具有各向异性:在磁场垂直于c方向时,上临界场为54.1 T,而在磁场平行于c方向时的上临界场为29.9 T。两者都高于泡利顺磁极限场μHP（0）=1.84*Tc=13.4 T,暗示了Rb Cr3As3单晶中非常规的超导电性。在Cr基“133”型超导体中,未经过退火的多晶样品不超导,但是未经退火的单晶具有超导电性。本文通过对Rb2Cr3As3浸入无水乙醇中不同时间的样品进行结构、磁化率的表征,研究了从Rb2Cr3As3向Rb Cr3As3的转化过程。发现了Cr基“133”型材料中晶格参数与超导电性的相关性:晶格参数越大,超导转变温度越高。随着处理时间变长而晶格参数的变大可能是因为应力释放,也可能是处理过程中H注入Cr As链的结果。作为探索具有准一维结构超导材料的尝试,本文用脱嵌的方法制备了CsCr3As3单晶样品,CsCr3As3单晶在高温区间表现出金属性行为,并且在6.6 K附近出现微弱超导,但其磁化率中没有出现抗磁信号。本文还尝试了用Li I固相离子交换的方法制备Li2Cr3As3材料,多晶样品X射线衍射谱中出现未知衍射峰,可能对应于新化学相的生成。此外,我们还尝试了对K2Cr3As3进行Sb及P掺杂的研究。掺杂样品的Tc低于未掺杂的样品,这可能是掺杂带来的晶格无序化或缺陷引起的。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 刘通
导师: 任治安
关键词: 铁基超导体,基超导体
来源: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 物理学
单位: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
分类号: O511.3
DOI: 10.27604/d.cnki.gwlys.2019.000035
总页数: 106
文件大小: 9825k