鐵基超導體的單晶生長以及物性研究和摻雜菲中的超導電性.pdf

1、超導是凝聚態(tài)物理一個很重要的問題，自從1911年超導被發(fā)現(xiàn)以來，它就吸引了眾多研究者的關(guān)注。在本論文中，我們用自助溶劑方法生長了BaFe2As2母體單晶以及Co摻雜的樣品，我們得到了樣品的輸運，磁性等物理性質(zhì)隨著摻雜的演化關(guān)系，得到了詳細的電子相圖，給出了SDW和超導共存的證據(jù)。我們發(fā)現(xiàn)了摻雜phenanthrene中的超導，通過摻雜堿金屬、堿土金屬和稀土金屬，可以獲得大約5～6K的超導電性，通過壓力效應(yīng)，正常態(tài)磁化率等結(jié)果，我們得出該

2、類超導體具有非傳統(tǒng)超導電性的結(jié)論。
　　 本論文共分為以下六章:
　　 1.高溫超導體研究綜述
　　 本章大致介紹了銅氧化合物和鐵基化合物這兩類高溫超導體的研究背景，重點對這兩類高溫超導體的晶體結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和相圖進行了詳細地介紹。同時也對有機超導體的研究進展進行了總結(jié)和回顧，介紹了一些常見的碳氫稠環(huán)分子。
　　 2.BaFe2As2單晶的生長以及各向異性電阻和磁化率研究
　　 我們用自助熔劑法生

3、長了相當大的BaFe2As2單晶。這里第一次給出高質(zhì)量單晶的本征的各向異性的輸運和磁學性質(zhì)的測量。電阻的各向異性ρc/ρab有150之大，并且不依賴于溫度。與多晶中的磁化率行為形成鮮明對比的是，該樣品中沒有觀察到居里-外斯行為，與溫度成線性關(guān)系的磁化率出現(xiàn)在SDW轉(zhuǎn)變溫度(Ts)到700K之間。這個結(jié)果表明在Ts之上樣品呈現(xiàn)出很好的反鐵磁關(guān)聯(lián)。ab面內(nèi)的二度對稱的磁化率證明了中子散射中的條紋狀自旋結(jié)構(gòu)。電阻率的最小值強烈地依賴于磁場，表

4、明低溫電阻率的上揚行為應(yīng)該與自旋漲落有關(guān)。
　　 3.BaFe2-xCoxAs2單晶的奇特物理性質(zhì)和相圖
　　 本文中，我們系統(tǒng)地研究了BaFe2-xCoxAs2單晶的輸運、磁化率和熱容的性質(zhì)。在欠摻雜區(qū)域，我們在電阻和磁化率方面觀察到SDW轉(zhuǎn)變。在SDW轉(zhuǎn)變溫度之上直到700K范圍內(nèi)，磁化率與溫度T表現(xiàn)出不尋常的線性關(guān)系。隨著Co的摻入，SDW有序逐漸被壓制，超導性以圓頂狀出現(xiàn)。電輸運性質(zhì)、比熱和磁化率性質(zhì)表明在x＝0

5、.17的BaFe2-xCoxAs2樣品中SDW和超導性共存，與(Ba，K)Fe2As2情形相類似。當x＞0.34時，樣品的超導性完全消失。隨著Co摻入量的增加，從SDW態(tài)到費米液體態(tài)的轉(zhuǎn)變被觀察到。這里給出了詳細的從SDW態(tài)到超導態(tài)演化的電子相圖。
　　 4.新型層狀鈦基磷族氧化物BaTi2As2O的結(jié)構(gòu)和物性的研究
　　 我們成功地合成了層狀砷氧化合物BaTi2As2O。它由單層的Ba2+和TiAsO構(gòu)成。與NaTi2

6、As2O不同，[Ti4/2O4/4]2-層移動了(a/2，a/2)。電阻率、磁化率和熱容均顯示在200K有一個轉(zhuǎn)變，可能緣于SDW/CDW轉(zhuǎn)變。這些性質(zhì)與從鐵砷母體化合物中觀測到的相似，而銅氧化合物和鐵砷化合物中的超導性都是通過不同的摻雜壓制反鐵磁性得到的。由于BaTi2As2O的晶體結(jié)構(gòu)與銅氧化合物超導體相似，且物理性質(zhì)與鐵砷母體化合物相似，它可能是一種潛在的超導母體化合物。銅氧化合物和鐵砷化合物超導性的研究是一個重要的方面。盡管隨著

7、Li+摻雜入空隙位，SDW/CDW被壓制，仍然沒有超導電性出現(xiàn)。探索超導電性的更多研究還在進行中。
　　 5.堿金屬摻雜phenanthrene中5K的超導電性
　　 我們制備了一系列不同鉀含量的Kxphenanthrene樣品，發(fā)現(xiàn)僅僅當名義組分為x=3顯示超導電性。其他的x偏離3的樣品均不超導。在鉀和銣摻雜的phenanthrene中只觀測到了一個超導轉(zhuǎn)變，這個和鉀摻雜picene不同，后者有兩個超導相，Tc分別是7

8、K和18K。具有phenanthrene構(gòu)型邊緣的多環(huán)芳香烴化合物有很多種類，一般表示成為[n]phenacene，其中n是苯環(huán)的數(shù)目。[n]phenacene分子可以視作石墨烯的部分，帶狀苯環(huán)是石墨烯片的部分。因此，在A3phenanthrene(A3C14H10，A=KandRb)以及Kxpicene中間超導電性的發(fā)現(xiàn)開辟了發(fā)現(xiàn)一類廣闊的稠環(huán)芳香烴超導體的領(lǐng)域。在[n]phenacene中找尋超導體并且研究其物理性質(zhì)對于理解超導機制

9、非常重要。相對于在Kxpicene中7K和18K的轉(zhuǎn)變溫度，三個苯環(huán)的A3phenanthrene(A=K，Rb)的Tc～5K相對比較低，表明這種有機超導體具有更長的苯環(huán)可能具有更高的Tc。
　　 6.堿土金屬和稀土金屬摻雜的phenanthrene中的非傳統(tǒng)超導電性
　　 我們發(fā)現(xiàn)了堿土金屬(Sr和Ba)和稀土金屬(La和Sm)摻雜phenanthrene的超導電性，超導轉(zhuǎn)變溫度分別為Ae1.5phenanthrene

10、的～5.6K和Re1phenanthrene的～6K。所有堿土金屬和稀土金屬摻雜的超導樣品的超導屏蔽分數(shù)均比堿金屬摻雜的phenanthrene和picene要大，2K時Ba1.5phenanthrene的屏蔽分數(shù)最高達65.4％，這是目前碳氫稠環(huán)化合物超導體中超導屏蔽分數(shù)最高的體系。拉曼光譜由于電荷轉(zhuǎn)移給出8和7cm-1每電子的紅移，這與A3phenanthrene和A3C60(A=K、Rb)相似。超導轉(zhuǎn)變溫度Tc和壓力之間具有正的壓