SrxBi2Se3的拓?fù)涑瑢?dǎo)電性和鉍硫基超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性研究.pdf

1、以銅氧化物和鐵基超導(dǎo)體為代表，層狀化合物是探索新型超導(dǎo)材料的重要方向。近年來人們又發(fā)現(xiàn)了具有相同超導(dǎo)層BiS2層的層狀超導(dǎo)體系，即鉍硫基超導(dǎo)體。同樣具有層狀結(jié)構(gòu)的Bi2Se3和Bi2Te3，由于強的自旋軌道耦合作用，是典型的三維拓?fù)浣^緣體。通過加壓和摻雜，可以在Bi2Se3和Bi2Te3中誘導(dǎo)出超導(dǎo)電性，從而成為實現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)電性的重要途徑。在本論文中，我們通過鍶金屬插層在Bi2Se3中誘發(fā)了超導(dǎo)電性，并研究了淬火和磁性元素?fù)诫s對Bi2O

2、S2的超導(dǎo)電性的影響。本論文分為四章。
　　在第一章中，在簡要介紹拓?fù)浣^緣體和拓?fù)涑瑢?dǎo)體的基本概念、奇異的電子性質(zhì)和材料實現(xiàn)后，我們重點討論了基于拓?fù)浣^緣體實現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)體的最新進展。我們詳細(xì)討論了CuxBi2Se3和SrxBi2Se3的晶體和電子能帶結(jié)構(gòu)、哈密頓量模型和可能的奇宇稱向列型超導(dǎo)電性。我們也簡要介紹了包括NbxBi2Se3在內(nèi)的三維拓?fù)涑瑢?dǎo)體候選材料。
　　在第二章中，我們?nèi)婊仡櫫算G硫基超導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)

3、的多樣性，重點關(guān)注了載流子摻雜、高壓和化學(xué)壓力對超導(dǎo)電性的影響，以及該系列超導(dǎo)體中存在的超導(dǎo)電性和磁性共存現(xiàn)象。
　　在第三章中，通過在拓?fù)浣^緣體Bi2Se3中插入Sr原子層，我們首次在國際上合成了高質(zhì)量的SrxBi2Se3單晶，并呈現(xiàn)出超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度約為2.5 K的體超導(dǎo)電性?；魻枩y量表明SrxBi2Se3是電子型的，載流子濃度(～2×1019 cm-3)比CuxBi2Se3(～2×1020 cm-3)低一個數(shù)量級。通過Shubn

4、ikov-de Haas振蕩數(shù)據(jù)的分析，我們給出SrxBi2Se3存在拓?fù)浔砻鎽B(tài)的輸運證據(jù)，并且其電子能帶結(jié)構(gòu)比CuxBi2Se3更接近于母體Bi2Se3。而且SrxBi2Se3超導(dǎo)體在空氣中很穩(wěn)定，這對于基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用都很重要。存在拓?fù)浔砻鎽B(tài)以及與CuxBi2Se3相比更低的費米面和更穩(wěn)定的體超導(dǎo)電性使得SrxBi2Se3成為研究拓?fù)涑瑢?dǎo)體的理想材料。
　　在第四章中，我們通過在高溫下淬火先前報道為絕緣體的Bi2OS2，成功

5、誘導(dǎo)了Tc～4.7 K的超導(dǎo)電性?；魻栃?yīng)的測量和科勒規(guī)則的服從表明其單帶特性，具有低的電子型載流子濃度(1019 cm-3)。結(jié)合XRD測量的分析表明發(fā)生了結(jié)構(gòu)相變，很有可能形成了新的超導(dǎo)相。通過研究淬火的Bi2OS2的磁通動力學(xué)行為，我們發(fā)現(xiàn)其臨界電流密度（Jc）比Bi4O4S3大3-4倍，點釘扎占主導(dǎo)地位。我們認(rèn)為這是因為淬火使樣品保留了許多雜質(zhì)作為點釘扎中心。我們又研究了Mn摻雜對淬火的Bi2OS2超導(dǎo)體的影響，發(fā)現(xiàn)不僅抑制了超