鐵基超導材料SmFeAsO1-XFX的制備及摻雜動力學研究.pdf

1、自從2008年發(fā)現(xiàn)了LaFeAsO1.xFx材料具有26K超導電性以來，鐵基超導體的研究成為當今凝聚態(tài)物理學的熱點問題。這一發(fā)現(xiàn)也引起了人們探尋和研究具有高臨界溫度超導體的興趣。SmFeAsO1-xFx材料具有較高的臨界溫度，高于100特斯拉的上臨界場，較銅氧化物超導體更小的各向異性等優(yōu)點，因此有較好的應用前景而備受關注。本論文以SmFeAsO1-xFx材料為研究對象，主要研究內(nèi)容如下：
　　 首先講述了鐵基超導材料的研究進展，

2、介紹了鐵基超導材料的制備方法和工藝，在對比文獻中制備方法工藝的基礎上，系統(tǒng)總結和摸索了一套適合鐵基超導材料的工藝，對傳統(tǒng)的制備工藝做了優(yōu)化。其中利用最優(yōu)制備工藝，可以常壓下合成Tc為57K的SmFeAsO0.75F0.25超導體，這是目前F單摻雜材料中轉變溫度最高的材料之一。利用兩步合成法和粉末裝管法(PIT法）合成了SmFeAsO0.8F0.2和SmFeAsO0.75F0.25超導體，通過SEM對其結構和微觀形貌進行表征，發(fā)現(xiàn)晶粒的尺

3、寸在5-20微米之間。對比材料的臨界溫度和XRD衍射圖譜，發(fā)現(xiàn)轉變溫度與F元素的摻雜水平密切相關。通過EDX能譜發(fā)現(xiàn)晶粒中有F元素存在，說明F元素已經(jīng)有效摻雜。
　　 其次，系統(tǒng)研究了樣品制備過程中石英管中的氧氣含量對SmFeAsO1-xFx材料超導電性影響及機理。在制備過程中發(fā)現(xiàn)SmFeAsO1-xFx材料對氧氣非常敏感，特別是樣品制備時石英管中的氧氣含量多少直接影響到SmFeAsO1-xFx超導電性的有無。為研究氧氣對SmF

4、eAsO0.8F0.2材料的影響，我們通過控制密封樣品的石英管內(nèi)空氣壓強的變化來間接實現(xiàn)不同含量氧氣與樣品的反應，然后采用相同的退火工藝處理樣品，并對樣品進行XRD表征和電阻率測量發(fā)現(xiàn)：
　　 1．在SmFeAsO0.8F0.2材料中SmOF雜質相的生成與氧氣含量有關，氧含量多的SmFeAsO0.8F0.2材料SmOF雜質相的數(shù)量也多。并通過驗證性實驗證實了樣品制備時石英管中殘留的氧氣在高溫下生成SmOF的事實，表明樣品制備時石

5、英管中剩余的氧氣是SmOF雜質生成的誘導因素。
　　 2．SmFeAsO0.8F0.2材料的超導轉變溫度受氧氣的影響，轉變溫度隨著樣品制備時石英管內(nèi)氧含量的增加出現(xiàn)降低趨勢，當樣品制備時石英管內(nèi)氧含量達到一定程度時，SmFeAsO0.8F0.2材料失去超導電性，從而表現(xiàn)出母相的行為。這與低真空的條件下SmFeAsO0.8F0.2材料不超導相吻合。
　　 3．對比石英管內(nèi)剩余氧氣的數(shù)量和SmFeAsO0.8F0.2材料中氧

6、缺位的數(shù)量發(fā)現(xiàn)，剩余氧氣的數(shù)量低于氧缺位的數(shù)量，我們定義石英管內(nèi)剩余氧氣的數(shù)量和SmFeAsO0.8F0.2材料中氧缺位的數(shù)量百分比為Y％,則超導出現(xiàn)的范圍是Y%≤44.3165。這說明當Y%＞44.3165即使有氧缺位的剩余但SmFeAsO0.8F0.2材料也是不超導的。
　　 最后，研究了SmFeAsO1-xFx超導材料的摻雜的動力學研究是在氧氣摻雜的基礎上通過更換不同的初始原料來判斷F元素的摻雜對成相的影響。解釋了摻雜動力

7、學過程和可能存在的反應化學方程。使用Sm2O3和FeAs做反應的初始原料研究發(fā)現(xiàn)，只用Sm2O3來提供SmFeAsO1-xFx材料中O元素的樣品不超導，當使用Sm2O3和Fe2O3來共同提供氧源時，其中Sm2O3和FeF2物質量之比滿足1:1和小于1:1時樣品均具有超導電性。樣品的XRD圖譜符合ZrCuSiAs結構，但是都有少量的雜質相。摻雜動力來自初始原料粉末之間的高溫擴散作用，實現(xiàn)F元素的摻雜。
　　 本論文還探索了F元素和