新型Fe基硫族化合物超導(dǎo)體探索.pdf

1、自2008年初,日本科學(xué)家在LaO1-xFxFeAs系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)26K超導(dǎo)電性以來,以中國(guó)科學(xué)家為首,通過其他稀土(Sm, Nd, Pr, Ce, Gd,Y)對(duì)La位的替代、F對(duì)O的電子摻雜、Sr對(duì)La的空穴摻雜、壓力合成和外加壓力等方法,使ReOFeAs系統(tǒng)(1111相)的超導(dǎo)臨界溫度升高至56K,終結(jié)了銅氧化物在高溫超導(dǎo)體中的壟斷地位,新型超導(dǎo)體探索及超導(dǎo)物理研究再次引起了人們高度關(guān)注。經(jīng)過近一年的努力,人們相繼在另外與LaO1-xF

2、xFeAs相類似結(jié)構(gòu)、同樣具有F(?)2+四方格子層的:(Ba,K)Fe2As2, LiFeAs和Fe(Te,Se)等三類Fe基化合物中發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)電性,形成了四大類Fe基超導(dǎo)體。在過去的一年里,人們針對(duì)該類超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、磁性質(zhì)、輸運(yùn)性質(zhì)及其超導(dǎo)電性等開展了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)其認(rèn)識(shí)不斷加深。特別是與銅氧化物高溫超導(dǎo)體相比較,其物性的異同更是大家感興趣的問題。但對(duì)他們所具有的共同特征,及其所隱含的物理意義并不清楚,如高溫

3、超導(dǎo)電性為什么只存在于具有二維結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中?為什么在相圖中,銅氧化物和Fe基超導(dǎo)體的超導(dǎo)相都靠近反鐵磁有序相?反鐵磁漲落是有利于高溫超導(dǎo)電性的形成,還是只是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)相?如果Fe基超導(dǎo)體中電-聲子相互作用很重要,那么Fe基超導(dǎo)體中的反鐵磁漲落與超導(dǎo)電性又有何關(guān)聯(lián)?相對(duì)于Fe基超導(dǎo)體與銅氧化物超導(dǎo)體的共性,其物性上的差異可能顯得更加重要。在一定意義上講,Fe基超導(dǎo)體更簡(jiǎn)單,對(duì)其物性的理解應(yīng)該更容易,盡管其Fermi面為多帶,但其正常態(tài)性質(zhì)似

4、乎不像銅氧化物那么令人費(fèi)解。本論文在對(duì)過去工作總結(jié)的基礎(chǔ)上,針對(duì)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的FeSeo.85體系,和具有Fe02面的Re2O3Fe2Se2(Re=La, Ce)系統(tǒng),分別采用Cu對(duì)Fe、F對(duì)O的部分替代,對(duì)其結(jié)構(gòu)、磁性質(zhì)和輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。全文分為三章:第一章主要介紹了超導(dǎo)電性的基本性質(zhì),對(duì)Fe基超導(dǎo)體的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述和評(píng)論,同時(shí)介紹了本論文的研究動(dòng)機(jī)和意義。第二章介紹了本論文中所采用的實(shí)驗(yàn)方法。采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法制備多晶樣

5、品,采用X射線粉末衍射(XRD)對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,樣品的電阻率-溫度關(guān)系采用標(biāo)準(zhǔn)四引線方法進(jìn)行測(cè)量,采用SQUID(超導(dǎo)量子干涉儀)測(cè)量樣品的磁化強(qiáng)度。第三章報(bào)道了Fe1-xCuxSe0.85、La2O3-xFxFe2Se2和Ce2O3-xFxFe2Se2三個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、磁性和超導(dǎo)電性的研究結(jié)果。在Fe1-xCuxSe0.85體系中,我們發(fā)現(xiàn)了Cu對(duì)Fe的部分替代不僅會(huì)抑制其超導(dǎo)電性,更重要的是導(dǎo)致其金屬-絕緣體相變;而在反鐵磁絕緣