含EuF2層的BiS2基超導(dǎo)體以及BaTi2Sb2O中Bi摻雜效應(yīng)研究.pdf

1、超導(dǎo)電性自1911年發(fā)現(xiàn)迨今以逾一百一十年，然長盛不衰仍是凝聚態(tài)物理研究的前沿?zé)狳c?？偨Y(jié)近三十年之經(jīng)驗，探索新的超導(dǎo)結(jié)構(gòu)超導(dǎo)體有兩種基本策略:其一，在所謂母體樣品中進行化學(xué)摻雜。如BiS2層的超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)。其二，設(shè)計全新的低維超導(dǎo)層，并以之為基礎(chǔ)合成新的化合物。如含有二維超導(dǎo)層的CuO，F(xiàn)eAs超導(dǎo)體都屬此類。
　　本文結(jié)合此研究背景合成了EuBiS2F(Eu1121)和Eu3Bi2S4F4(Eu3244)兩個新的含二維BiS2層

2、的超導(dǎo)體，在含有TiO面的BaTi2Sb2O樣品研究了等價Bi替代的負(fù)的化學(xué)壓力效應(yīng)。
　　在未摻雜的Eu1121樣品中出現(xiàn)了280 K附近的CDW行為與0.3 K的超導(dǎo)共存。有別于其他BiS2基母體樣品的半導(dǎo)體行為，由于Eu的混合價態(tài)，Eu1121母體體現(xiàn)出本征的金屬導(dǎo)電性，Eu的平均價態(tài)為+2.2價左右。由于Eu的4f電子和Bi6p電子的雜化使得自摻雜效應(yīng)得以實現(xiàn)，從而引發(fā)CDW和超導(dǎo)電性，同時還將電子比熱系數(shù)提高了50倍。由

3、于母體自摻雜濃度略低大約在0.2以及Eu的磁性使得Eu1121樣品TC低于其他BiS2超導(dǎo)體，而此體系中最佳摻雜為50％，所以我們用鑭系其他稀土對母體進行了摻雜研究，成功合成了Eu0.5Ln0.5BiS2F（Ln=La，Ce，Pr,Nd和Sm）一系列樣品。由于三價Ln的摻雜提高了載流子濃度，從而提高了超導(dǎo)TC，其中摻La的樣品TC最高為2.8K相較于母體提高了9倍。Eu0.5Ln0.5BiS2F的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度與Ln的離子半徑呈正相關(guān)。摻

4、Ce的樣品除了將超導(dǎo)TC提高到2.2 K以外還出現(xiàn)了8K的鐵磁有序，以及2K附近的反鐵磁序，二者分別可歸因于Ce和Eu的4f電子。摻雜后的樣品Eu的價態(tài)穩(wěn)定為+2價，由于引入了無序正常態(tài)電阻變?yōu)榱税雽?dǎo)體行為。
　　在Eu1121的基礎(chǔ)上我們通過固相反應(yīng)法合成了具有全新結(jié)構(gòu)的Eu3Bi2S4F4(Eu3244)。有別于Eu1121的結(jié)構(gòu)，Eu3244為體心格子，所屬空間群為I4/mmm，由CaF2型的Eu3F4和NaCl型的BiS2

5、沿Z軸堆疊而成，Eu占據(jù)兩個不同的化學(xué)位置。通過BVS計算顯示只有位于體心位置的Eu存在變價平均價態(tài)為+2.64左右。Eu的變價也通過磁化率和穆茲堡爾測量進行了驗證。同樣由于自摻雜效應(yīng)Eu3244樣品也呈現(xiàn)出金屬行為，并在1.5 K出現(xiàn)超導(dǎo)，同時低溫下還出現(xiàn)了Eu的長程反鐵磁有序，另外由于對應(yīng)摻雜濃度（約為0.3）提高CDW被完全壓制。
　　BaTi2Sb2O樣品在55 K以下呈現(xiàn)出自旋或電荷密度行為，并在1.5 K出現(xiàn)超導(dǎo)。我們