La1-xTaxOBiS2超導(dǎo)體單晶生長及超導(dǎo)性能研究.pdf

1、超導(dǎo)體由于具備特有的性能，百余年來一直是科學(xué)家研究的重要課題，而其中層狀結(jié)構(gòu)超導(dǎo)體更是研究的重點(diǎn)。2012年6月新型層狀鉍硫基超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)，迅速引起了科學(xué)家的關(guān)注，科學(xué)家借鑒銅氧化物和鐵基高溫超導(dǎo)體的研究經(jīng)驗(yàn)，短時(shí)間內(nèi)，一系列BiS2基新型超導(dǎo)體相繼問世，形成了一個(gè)BiS2基超導(dǎo)體大家族。目前，對(duì)于層狀高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制尚不清楚，新層狀超導(dǎo)體的研究將為我們理解其超導(dǎo)機(jī)制提供更多有用的信息。本文主要以新型BiS2基層狀超導(dǎo)體La1-xT

2、axOBiS2為研究對(duì)象，采用助溶劑法生長單晶，探索大塊超導(dǎo)單晶的最佳生長工藝，并對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、各向異性、磁性能和電輸運(yùn)性能等進(jìn)行全面表征，探索其產(chǎn)生超導(dǎo)電性的可能原因。論文第一章為緒論部分，簡單介紹了超導(dǎo)電性的發(fā)現(xiàn)，回顧了百年超導(dǎo)研究史，介紹了幾種超導(dǎo)微觀機(jī)理，重點(diǎn)介紹了本論文研究方向的相關(guān)文獻(xiàn)綜述和超導(dǎo)多晶、單晶的研究概況，最后闡述了本論文的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。
　　論文第二章為本論文實(shí)驗(yàn)過程中涉及到的樣品制備方法、所用

3、試劑、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、樣品表征分析手段以及La1-xTaxOBiS2超導(dǎo)體單晶生長實(shí)驗(yàn)的介紹。首先簡單介紹了本論文中所用到的固相反應(yīng)法和助溶劑法以及實(shí)驗(yàn)試劑和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，然后，介紹了樣品的晶體結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、磁性能和電輸運(yùn)性能的表征方法，最后重點(diǎn)介紹了La1-xTaxOBiS2超導(dǎo)體單晶生長實(shí)驗(yàn)。
　　論文第三章為采用助溶劑法生長La1-xTaxOBiS2超導(dǎo)體單晶，通過調(diào)整摻雜量、助溶劑類型、原料種類、反應(yīng)容器類型以及熱處理工藝來優(yōu)化單

4、晶生長工藝，成功得到了毫米級(jí)超導(dǎo)體單晶片，具有CeOBiS2型四方晶體結(jié)構(gòu)，屬于P4/nmm空間群，同時(shí)有部分雜相存在，單晶片自發(fā)形核并通過二維晶核生長方式長大，沿ab面生長，最終形態(tài)為片層狀，M-T測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)x=0.1時(shí)，大片單晶片和小片單晶片的Tc分別為3.02K、2.92K，Tirr分別為2.36K、2.48K，當(dāng)x=0.15時(shí)，Tc為3.06K，Tirr為2.39K。
　　論文第四章為采用固相反應(yīng)法和助溶劑法制備得到

5、母相LaOBiS2多晶和單晶樣品，發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)電性，對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、超導(dǎo)性能進(jìn)行詳細(xì)表征，探索其產(chǎn)生超導(dǎo)電性的可能原因。XPS研究結(jié)果表明樣品中沒有其他元素，純度較高，LaOBiS2多晶具有CeOBiS2型四方晶體結(jié)構(gòu)，屬于P4/nmm空間群，Tc約為3K。對(duì)于單晶樣品，單晶XRD研究表明其晶體結(jié)構(gòu)可能為四方、單斜或三斜，而且部分樣品中存在缺陷，理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)不同晶體結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的能帶結(jié)構(gòu)的費(fèi)米面均處于帶隙中，不具備金屬性特征，通過引

6、入點(diǎn)缺陷，體系在費(fèi)米面的態(tài)密度增加，而且隨著點(diǎn)缺陷的增加而增加。導(dǎo)致母相LaOBiS2中出現(xiàn)超導(dǎo)電性的可能原因有點(diǎn)缺陷或結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，或者二者皆有。利用超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc和不可逆轉(zhuǎn)變溫度Tirr得到單晶的磁各向異性參數(shù)γ為3.1和7.24，表現(xiàn)出微弱的磁各向異性。
　　論文第五章為采用固相反應(yīng)法制備得到不同熱處理溫度的La0.9Ta0.1OBiS2多晶超導(dǎo)體樣品，研究熱處理溫度對(duì)超導(dǎo)體成相和性能的影響，優(yōu)化熱處理溫度，獲得體系的相圖