铋硫族超导休的结构和超导电性研究

发布时间：2017-12-12 16:18

  本文关键词：铋硫族超导休的结构和超导电性研究

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【摘要】：铜氧化物高温超导体和铁基高温超导体是目前仅有的两个非常规高温超导体。虽然它们的超导机理还没有得到很好的解释,但是它们在结构和研究过程上存在一些相似特征。这为人们探索研究新型高温超导材料提供了宝贵的思路和经验。本文第一章简要介绍了超导电性的基本概念和相关理论,然后重点介绍了铜氧化物高温超导体和铁基高温超导体的研究历程和最新进展。铜基和铁基高温超导体在结构上都是二维层状材料,由空间层和超导层沿着晶轴方向相互堆叠而成。因此,二维层状材料成为人们探索新型高温超导材料的热点。近年来发现的铋硫基(BiCh2,Ch:S,Se)超导体就是二维层状材料,并且研究探索的手段和方法,与铁基超导体几乎相同。由于铋硫族化合物还存在一些拓扑绝缘体,比如Bi2Se3,Bi2Te3和Sb2Te3等,也备受人们关注。通过插层金属原子和加压等手段,在这些拓扑绝缘体中发现了超导特性,如CuxBi2Se3和SrxBi2Se3。他们被认为是可能的拓扑超导体候选者,引起了人们密切关注。本文第二章对铋硫族超导体进行简单分类,并详细介绍了各自的结构,超导特性以及最新研究进展。我们在对铋硫族超导体的研究中,取得了一些有意义的成果。在Bi-O-S类超导体中,我们确认了先前报道的Bi4O4S3包含两个相,90+%的Bi3O2S3超导相和微量的Bi2OS2绝缘相。通过对Bi3O2S3的结构,超导特性,电子结构以及F掺杂效应进行研究,发现它是具有多能带结构的常规第二类超导体。我们也通过F掺杂成功使Bi2OS2实现了超导电性,并且发现F的最佳掺杂比例只有ReO1-xFxBiS2的一半,约为0.24。这一部分内容将在第三章详细介绍。我们采用CsCl和KCl作为助熔剂,在国际上首次成功制备了LaO1-xFxBiSe2单晶样品。我们发现F掺杂能够有效提高样品的超导特性,但是F最多只能够掺杂0.5左右。不同晶格方向的上临界磁场相差很大,表明它具有明显的各向异性,经测试拟合得到γs约为30。磁化率和比热测量证明了它是体超导的,超导体积比几乎为100%α。这部分内容在第四章做出详细介绍。我们课题组首次通过Sr原子插层Bi2Se3拓扑绝缘体,成功实现了2.9K的超导电性。Sr的掺入并没有改变母体的晶体结构,强磁场下的SdH振荡发现了狄拉克型的表面态,因而他被认为有可能是所谓的拓扑超导体。我们在本文第五章着重研究了SrxBi2Se3的超导电性,并且发现它的超导体积比接近100%,而且在空气中超导电性非常稳定。另外,我们还研究了它的压力效应,发现加压可以有效抑制超导电性,并且降低载流子浓度。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O511.3

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