碳基超导材料的探索及重费米子体YbPtAs的物性研究
发布时间：2021-03-09 14:30
超导材料和重费米子材料具有奇异的物理性质,自发现以来一直是凝聚态物理研究的热门领域。到目前为止,已知的超导材料可以分为四类:1.简单金属和合金超导体;2.有机超导体;3.重费米子超导体;4高温非常规超导体,包括铜氧化物和铁基超导体。有机超导体结构简单,重量较轻,在超导机制的研究和实际应用上都有很大的潜在价值。已经发现的通过掺杂等手段可以实现超导的有机材料有石墨,碳纳米管,金刚石,富勒烯C60,芳香烃,有机盐。在本文中我们对未被研究过超导性质的玻璃碳材料进行了一系列碱金属和碱土金属的掺杂,并发现了K、Ca掺杂后的玻璃碳出现超导。制备了高质量的石墨纤维和石墨烯薄膜,并实现了Ca的插层,得到了大尺寸的超导材料。重费米子材料中局域磁矩和传导电子的耦合作用,使其拥有许多新奇的物理性质,是凝聚态物理学的重要研究方向之一。重费米子超导体的不属于电声耦合作用诱导的常规超导体。我们制备了AlB2结构的YbPtAs,并系统研究了它的物理性质,发现它是具有反铁磁相变的重费米子材料,在我们所能测量的温度范围内没有出现超导。本文主要包含以下内容:1.介绍了超导的发展和...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：95 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
a汞的零电阻现象
富勒烯 C60，金刚石，石墨烯，碳纳米管等，其中常压下达到的最高 Tc是 Rb2CsC60的 33 K[15]。1979 年，Steglich 等发现了第一个重费米子化合物 CeCu2Si2，超导温度约为0.5 K[16]。之后陆续在 CeCoIn5，CePt3Si，UPt3，UGe2，URhGe 以及最近的 YbAlB4材料中发现了超导现象[17-21]，到现在为止，超导温度最高的是 Tc=18.5 K 的PuCoG5[22]。与其他超导材料相比，重费米子材料中的 f 电子与传导电子的耦合导致其拥有丰富的物相和奇特的性质，有助于研究超导的配对机制，因此也是超导材料的研究热点之一。1986 年，Bednorz 和 Müller 在四元化合物 La-Ba-Cu-O 中发现了超过 30 K 的超导[23]，由此开启了铜氧化物高温超导体的探索之路。随后，美国的朱经武等和中科院物理所的赵忠贤等同时独立发现了超导温度在 90 K 以上的 YBa2Cu3O7-δ图 1. 2 超导材料的发现时间与 Tc。
1.2 有机超导的研究进展碳元素广泛存在于大气、地壳和生物中，是组成生命最基本的元素。碳可以以多种形式存在，如：石墨，石墨烯，富勒烯 C60，碳纳米管，金刚石等材料，可以认为其他形态的同素异形体是由石墨烯通过结构变换形成的，但这些碳材料的物理、化学性质差异巨大。电子价态的不同形成了不同的轨道杂化，其中无定型碳，石墨，石墨烯，碳纳米管，富勒烯的杂化方式是 sp2，金刚石的杂化方式是 sp3。从超导性的角度出发，较轻的碳原子的声子振动会产生很高的德拜频率ωD，按照 BCS 理论中超导温度 Tc∝ωD的关系，可以推测碳材料会有较高的超导转变温度。如 2001 年发现的超导化合物 MgB2的轻原子 B，高频的声子振动模式对电子配的作用使其产生了高达 39 K 的超导[39]。在已知的碳基超导材料中，除了碳纳米管和石墨烯，其他形式的材料没有出现纯相超导现象，但很多超导体的重要组成部分是碳。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ba-Y-Cu氧化物液氮温区的超导电性——原文再版[J]. 赵忠贤,陈立泉,杨乾声,黄玉珍,陈赓华,唐汝明,刘贵荣,崔长庚,陈烈,王连忠,郭树权,李山林,毕建清. 科学通报. 2017(34)
本文编号：3073002
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：95 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
a汞的零电阻现象
富勒烯 C60，金刚石，石墨烯，碳纳米管等，其中常压下达到的最高 Tc是 Rb2CsC60的 33 K[15]。1979 年，Steglich 等发现了第一个重费米子化合物 CeCu2Si2，超导温度约为0.5 K[16]。之后陆续在 CeCoIn5，CePt3Si，UPt3，UGe2，URhGe 以及最近的 YbAlB4材料中发现了超导现象[17-21]，到现在为止，超导温度最高的是 Tc=18.5 K 的PuCoG5[22]。与其他超导材料相比，重费米子材料中的 f 电子与传导电子的耦合导致其拥有丰富的物相和奇特的性质，有助于研究超导的配对机制，因此也是超导材料的研究热点之一。1986 年，Bednorz 和 Müller 在四元化合物 La-Ba-Cu-O 中发现了超过 30 K 的超导[23]，由此开启了铜氧化物高温超导体的探索之路。随后，美国的朱经武等和中科院物理所的赵忠贤等同时独立发现了超导温度在 90 K 以上的 YBa2Cu3O7-δ图 1. 2 超导材料的发现时间与 Tc。
1.2 有机超导的研究进展碳元素广泛存在于大气、地壳和生物中，是组成生命最基本的元素。碳可以以多种形式存在，如：石墨，石墨烯，富勒烯 C60，碳纳米管，金刚石等材料，可以认为其他形态的同素异形体是由石墨烯通过结构变换形成的，但这些碳材料的物理、化学性质差异巨大。电子价态的不同形成了不同的轨道杂化，其中无定型碳，石墨，石墨烯，碳纳米管，富勒烯的杂化方式是 sp2，金刚石的杂化方式是 sp3。从超导性的角度出发，较轻的碳原子的声子振动会产生很高的德拜频率ωD，按照 BCS 理论中超导温度 Tc∝ωD的关系，可以推测碳材料会有较高的超导转变温度。如 2001 年发现的超导化合物 MgB2的轻原子 B，高频的声子振动模式对电子配的作用使其产生了高达 39 K 的超导[39]。在已知的碳基超导材料中，除了碳纳米管和石墨烯，其他形式的材料没有出现纯相超导现象，但很多超导体的重要组成部分是碳。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ba-Y-Cu氧化物液氮温区的超导电性——原文再版[J]. 赵忠贤,陈立泉,杨乾声,黄玉珍,陈赓华,唐汝明,刘贵荣,崔长庚,陈烈,王连忠,郭树权,李山林,毕建清. 科学通报. 2017(34)
本文编号：3073002
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