铁基超导体LiFeP和新型稀磁半导体的制备和物性研究

发布时间：2016-11-18 02:12

  本文关键词：铁基超导体LiFeP和新型稀磁半导体的制备和物性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《浙江大学》 2015年

铁基超导体LiFeP和新型稀磁半导体的制备和物性研究

满会媛  

【摘要】：铁基超导被发现后引起了广泛关注,迅速拓展到各个体系。人们尝试用各种实验和理论手段研究其超导机制,并且越来越发现自旋涨落和超导电性之间有着密切的联系。本文中我们用核磁共振的实验方法研究了“111”型铁基超导LiFeP的性质。通过固相反应法合成多晶样品后,我们测量了电阻率和磁化强度。电阻率在低温下降到0,以及磁化强度给出的抗磁信号,都说明LiFeP在～5K转变为超导体。在5‖40 K之间,电阻率和温度之间有ρ∝T2的关系。我们测量了LiFeP中31p的核磁共振谱线和自旋-晶格弛豫时间T1。我们研究了31p的奈特位移,31K。从4.2K到280K的谱线上,31K基本不随温度变化。另外,LiFeP中自旋-晶格弛豫率除以温度,1/T1T,在整个温度区间内都很小,比LiFeAs的1/T1T小将近一个数量级,意味着LiFeP中自旋涨落较弱。与此同时,1/T1T随着温度降低表现出一定的增大,说明了LiFeP中确实存在反铁磁涨落。Korringa关系T1TKs2=h/4πkB re2/rn2β被用来研究电子的关联情况。在整个温度范围内,β1,同时β又比较接近于1,表明LiFeP中的电子关联很弱。LiFeP的Tc较低,或许和该体系中电子关联较弱有关。我们的研究表明对于各个铁基超导体系,如果将其中的Fe都换成Zn,就会变成直接带隙半导体,比如LaZnAsO、LiZnAs、BaZn2As2。在这些半导体中掺杂Mn以引入局域磁矩,并同时掺杂载流子,会得到很多新型块材稀磁半导体。目前一系列块材DMS被发现,并命名为"1111" [C. Ding et al., Phys. Rev. B 88,041102(R) (2013)], "111" [Z. Deng et al., Nat. Commun.2,422 (2010)], "122" [K. Zhao et al., Nat. Commun.4,1442 (2013)], "32522" [H. Y. Man et al., Europhys. Lett.105,67004 (2014)]等体系。这些体系也可以看成是铁基超导体系的衍生物。同时,铁基超导中的Fe完全被Mn替代后,会得到一系列反铁磁体,比如LaMnAsO [N. Emery et al., Phys. Rev. B 83,144429 (2011)]、 LiMnAs [W. Bronger et al., Z. Anorg. Allg. Chem.539,175 (1986)]、 BaMn2As2 [Y. Singh et al., Phys. Rev. B 80,100403(R) (2009)]等。值得注意的是这些超导体、稀磁半导体和反铁磁体具有相同的结构,晶格参数值也很接近,该特点为利用这些材料通过As层做成各种异质结奠定了材料基础。这些新型DMS材料中,不同元素的掺杂分别引入自旋和载流子,实现了自旋和载流子的分离调控,使得我们能够单独研究自旋浓度或者载流子浓度对铁磁性的影响。本文中介绍了几种新型块材DMS的制备和物性研究,包括晶格结构、电学性质和磁学性质等。首先是“111”型Li(Zn,Mn)P.零场和弱横向场μSR测量表明,随着温度降低,Lil.15(Zn0.9Mn0.1)P中的铁磁有序的体积分数逐渐增大,温度降低至2K时铁磁体积百分比接近100%。这说明样品中的铁磁有序是本征的,而不是团簇或杂质导致的铁磁信号。比较它和其他块材稀磁半导体以及(Ga,Mn)As中,静态局域场振幅as和居里温度TC的关系可知,它们具有相同的铁磁耦合机制。另外,Lil+y(Zn1-xMnx)P中,自旋和载流子分离的特点使得我们能够在固定的自旋浓度下,单独研究载流子浓度对铁磁有序的影响。在Lil+y(Zn0.93Mn0.07)P和Lil+y(Zn0.9Mn0.1)P中,随着y的增大,居里温度TC、外斯温度θ、有效磁矩Meff、饱和磁矩Msat都是先增大后减小。说明过多的载流子会压制铁磁有序,只有在载流子和自旋浓度之间的平衡点,才能达到最大TC,这与之前的理论预测不符。其次,为尝试新的掺杂途径,我们在“122”母相β-BaZn2As2的Zn位进行Mn和Cu或者Mn和Co共掺杂,制备了p型块材DMS Ba(Zn1-2xMnxCux)2As2以及n型块材DMS Ba(Zn1-2xMnxCox)2As2.研究表明共掺杂不会改变其四方层状晶格结构,但是会改变电学和磁学性质。在Ba(Zn1-2xMnxCux)2As2中,载流子的引入会降低电阻率,但是掺杂Mn引起的自旋涨落对载流子的散射,又会使电阻率增大。在单独掺杂Mn或者Cu的样品中,只观察到顺磁性。只有在同时掺杂Mn和Cu的样品中,铁磁有序才出现。居里温度,TC,在x=0.20时达到70 K,矫顽力Hc达到1600 Oe。外加磁场下的电阻率测量表明,该体系中存在负磁阻效应。x=0.125的样品在7K和5T下的磁阻达到-53%。Ba(Zn0.75Mn0.125Cu0.125)2As2的交流磁化率结果表明乃强烈依赖于交流频率和外加直流场,有v0/v=(Tf/19-1)-8.3和Tf(H)∝1-6H0.55,说明乃处发生了自旋玻璃转变。此外,“32522”型(Sr3La205)(Zn1-xMnx)2As2中铁磁性的发现代表了第五类与铁基超导具有相同结构的块材稀磁半导体。该体系保持了半导体行为,其居里温度TC最高达到40 K,饱和磁矩Msat最高达到10.5 μB/Mn,并存在磁滞现象。不同掺杂量的样品的磁化强度测量结果还表明Mn掺杂确实有利于形成铁磁有序,但是过多的Mn会导致Mn和Mn处于最近邻位置,而产生反铁磁耦合作用,从而破坏铁磁有序。这也是为什么掺杂量为30%时,已经不存在任何铁磁有序的原因。Ba(Zn1-2xMnxCox)2AS2是第一个共掺杂的n型块材稀磁半导体。其居里温度为～40 K,并且伴随有铁磁和反铁磁耦合作用的竞争,以及负磁阻效应。Ba(Zn,MnCo)2As2的霍尔效应测量结果表明其载流子类型为n型,证实了Ba(Zn,MnCo)2As2中的电子型载流子来自于(Zn2+,Co3+)替代。Zn2+, Mn2+,Co3+离子半径的差异导致三者不容易同时进入同一晶格中。为了进一步理解该体系中Mn和Co的作用,我们需要提高样品品质,并且通过更多的实验手段来研究Ba(Zn,MnCo)2As2中的磁转变是否是本征的。我们在探索、寻找新型块材DMS的过程中进行了大量尝试。尝试过的材料包括“111”型Li(Zn,Fe)P和Li(Zn,Fe)As,“1111”型(La,Ca/Sr) (Zn,Co/Cr) AsO, (Ba,K)F(Zn,Mn)As, (Ba,K)F(Cu,Mn)S和La(Zn,Mn)As(O,F),另外还有“122”型(Ba,La) (Zn,Mn)2As2, Ba(Zn,MnNi)2As2和Ba(Zn,Mn)2 (As,P)2。虽然这些材料的磁性都不理想,不是新型块材稀磁半导体,但是只有不断进行摸索尝试才有可能合成出所需要的材料。所以这些工作对于该领域仍然具有一定参考价值。

【关键词】：
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O469;O511
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 HAN Wei;ZHAO Kan;WANG XianCheng;LIU QingQing;NING FanLong;DENG Zheng;LIU Ying;ZHU JinLong;DING Cui;MAN HuiYuan;JIN ChangQing;;Diluted ferromagnetic semiconductor(LaCa)(ZnMn)SbO isostructural to “1111” type iron pnictide superconductors[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2013年11期

2 Kan Zhao;Bijuan Chen;Guoqiang Zhao;Zhen Yuan;Qingqing Liu;Zheng Deng;Jinlong Zhu;Changqing Jin;;Ferromagnetism at 230 K in(Ba_(0.7)K_(0.3))(Zn_(0.85)Mn_(0.15))_2As_2 diluted magnetic semiconductor[J];Chinese Science Bulletin;2014年21期

3 赵建华;邓加军;郑厚植;;稀磁半导体的研究进展[J];物理学进展;2007年02期

4 郭建刚;金士锋;王刚;王顺冲;朱开兴;周婷婷;赖晓芳;贺蒙;陈小龙;;新型铁基超导体材料的研究进展[J];物理;2011年08期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 冯红宁;高首山;;Ⅳ-Ⅵ族稀磁半导体的磁化理论[J];辽宁科技大学学报;2011年01期

2 王鹏飞;周剑平;巫建功;王永明;;ZnO基稀磁半导体纳米薄膜材料的研究进展[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2009年01期

3 王腊节;聂招秀;;AlN基稀磁半导体的研究进展[J];材料导报;2010年S1期

4 陈晓;周婷婷;姚湲;王岩国;禹日成;段晓峰;张志华;谷林;;K_(0.8)Fe_(1.7)SeS超导体内的畴区形貌及三维分布研究[J];电子显微学报;2013年06期

5 王爱玲;毋志民;王聪;赵若禺;;GaN基和LiZnAs基稀磁半导体的研究进展[J];材料导报;2013年15期

6 侯志青;刘东州;那木拉;;稀磁半导体制备方法的研究进展[J];半导体技术;2014年04期

7 JIN ChangQing;WANG XianCheng;LIU QingQing;ZHANG SiJia;FENG ShaoMin;DENG Zheng;YU RiCheng;ZHU JingLong;;New quantum matters:Build up versus high pressure tuning[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2013年12期

8 刘汉源;付丽;郭永权;;NdIn_(3-x)Mn_x合金化合物的结构和磁电输运性质[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2014年04期

9 丁翠;宁凡龙;;“1111”型稀磁半导体的研究进展[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2014年11期

10 LI XiaoLi;QI ShiFei;JIANG FengXian;QUAN ZhiYong;XU XiaoHong;;Diluted magnetic oxides[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2013年01期

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 江凤仙;3d过渡金属掺杂In_2O_3稀磁半导体材料的制备与研究[D];太原理工大学;2011年

2 戴军;一些新型材料物性的理论研究[D];中国科学技术大学;2011年

3 苏卫锋;硅基稀磁半导体薄膜的制备及其结构和输运性质的研究[D];复旦大学;2010年

4 陈逸飞;氧化锌基稀磁半导体的第一性原理研究[D];天津大学;2012年

5 谭永胜;稀土掺杂ZnO的制备与物性研究[D];浙江大学;2012年

6 周樨;金属氧化物微纳米晶体晶面可控生长与其特性研究以及纳米晶体在生物分子检测中的应用[D];厦门大学;2009年

7 仇满德;金属氧化物半导体材料的制备、微分析及应用研究[D];河北大学;2009年

8 王丹丹;氧化锌纳米材料的制备、掺杂及性能研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2010年

9 李天晶;离子注入单晶ZnO，TiO_2基改性和Li_(0.2)Zn_(0.8)O/Al_(0.15)Zn_(0.85)O双层膜光电特性的研究[D];兰州大学;2012年

10 苏宁宁;高压下Fe_3O_4纳米粉、FeSe和α-FeOOH粉末的结构和电输运性质研究[D];吉林大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 邱娟;Co、Cu掺杂ZnO纳米线磁性的第一性原理研究[D];西北大学;2011年

2 张照晖;Co_3O_4和NiO的纳米铁磁性[D];兰州大学;2011年

3 潘东;氮化铝基稀磁半导体薄膜的制备及性质研究[D];新疆大学;2011年

4 王伟;钴/铬掺杂的锗基稀磁半导体的制备研究[D];青岛科技大学;2011年

5 黄俊;一维Cu掺杂ZnO纳米材料的制备、性能及二次生长研究[D];浙江大学;2012年

6 邱尧;Ⅲ-Ⅴ族半导体AlAs中的过渡金属团簇的第一性原理研究[D];四川师范大学;2011年

7 李业华;半导体量子结构中的自旋极化输运[D];湖南大学;2008年

8 裴娟;对Fe-Co共掺Si薄膜的性能研究[D];山东大学;2009年

9 王鹏飞;实验条件对水热合成Mn掺杂ZnO粉体结构和形貌影响的研究[D];陕西师范大学;2009年

10 胡帆;Mn掺杂Ga_2O_3薄膜的制备、结构和光学性能研究[D];郑州大学;2009年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵建华;邓加军;郑厚植;;稀磁半导体的研究进展[J];物理学进展;2007年02期

2 王士泉;;综述文章[J];科技导报;2007年20期

3 许小红;李小丽;齐世飞;江凤仙;全志勇;范九萍;马荣荣;;氧化物稀磁半导体的研究进展[J];物理学进展;2012年04期

4 邓正;赵侃;靳常青;;电荷自旋注入机制分离的新型稀磁半导体[J];物理;2013年10期

5 ;《中国学术期刊文摘》(中文版)综述文摘选登[J];科技导报;2007年23期

6 卫芬芬;苟科进;廖辉;曹海宾;邓东;;稀磁半导体材料的研究进展[J];科技信息;2010年18期

7 欧阳楚英,龚宇;稀磁半导体中共价效应和电子云延伸效应的比较应用(英文)[J];江西师范大学学报(自然科学版);2002年04期

8 常凯,夏建白;稀磁半导体——自旋和电荷的桥梁[J];物理;2004年06期

9 张国煜;修向前;张荣;陶志阔;崔旭高;张佳辰;谢自力;徐小农;郑有炓;;高温高压合成Co掺杂ZnO基DMS及其磁性特征[J];半导体学报;2008年06期

10 王志路;孙宝权;;(Ga,Mn)As光调制反射光谱[J];发光学报;2007年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李东;王耘波;于军;王宝义;魏龙;;稀磁半导体研究的最新进展[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年

2 张国煜;修向前;张荣;谢自力;陈琳;陶志阔;崔旭高;徐小农;郑有炓;;高温高压条件合成Co掺杂的ZnO基DMS及其磁性特征[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年

3 欧阳中亮;郭立平;黎明;叶舟;施训;艾志伟;彭挺;付德君;杜红林;陈海英;C.X.Liu;;离子注入制备Si基稀磁半导体研究[A];2008年全国荷电粒子源、粒子束学术会议暨中国电工技术学会第十二届电子束离子束学术年会、中国电子学会焊接专业委员会第九届全国电子束焊接学术交流会、粒子加速器学会第十一届全国离子源学术交流会、中国机械工程学会焊接分会2008年全国高能束加工技术研讨会、北京电机工程学会第十届粒子加速器学术交流会论文集[C];2008年

4 姜丽娟;王晓亮;王翠梅;肖红领;冉军学;李晋闽;王占国;侯洵;;过渡族和稀土族元素掺杂GaN基稀磁半导体性能比较[A];第十五届全国化合物半导体材料，微波器件和光电器件学术会议论文集[C];2008年

5 李辉;鲍慧强;宋波;王文军;陈小龙;;AlN基稀磁半导体的制备与表征[A];中国晶体学会第四届全国会员代表大会暨学术会议学术论文摘要集[C];2008年

6 赵建华;郑玉宏;毕京锋;甘华东;王纬竹;鲁军;邓加军;姬扬;郑厚植;;Cr掺杂Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体薄膜和自组织量子点的分子束外延生长[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年

7 侯登录;贾利云;岳彩霞;;稀磁半导体Co:TiO_2的磁性及微结构研究[A];第十二届全国磁学和磁性材料会议专辑[C];2005年

8 蔺何;段海明;;稀磁半导体(Ga,Cr)N的第一性原理研究[A];2005年中国科协学术年会论文集第8分会场光固化与数字成像技术及其应用论文集[C];2005年

9 汪荣峰;庄乃锋;郭飞云;胡晓琳;赵斌;陈建中;;Co:TiO_2稀磁半导体晶体的生长及其性能研究[A];中国化学会第26届学术年会晶体工程分会场论文集[C];2008年

10 程兴华;陈志涛;龚敏;于彤军;张国义;石瑞英;;稀磁半导体GaMnN材料的红外反射光谱研究[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 满会媛;铁基超导体LiFeP和新型稀磁半导体的制备和物性研究[D];浙江大学;2015年

2 刘洪波;过渡元素掺杂纳米锌基半导体材料的合成及掺杂行为对光/磁特性影响研究[D];江苏大学;2015年

3 刘庆华;稀磁半导体新材料的电子结构与自旋调控研究[D];中国科学技术大学;2009年

4 潘晓燕;稀磁半导体氧化物的结构和磁性能研究[D];华东师范大学;2006年

5 左亚路;化学方法制备的稀磁半导体的结构和磁性研究[D];兰州大学;2009年

6 樊帅伟;钙、钛和碳掺杂的稀磁半导体及双核锰分子磁体性质的研究[D];华中科技大学;2009年

7 肖文志;非磁性元素掺杂氧化物基稀磁半导体的第一性原理研究[D];湖南大学;2011年

8 徐永生;Ⅲ族氮化物基稀磁半导体纳米材料的制备与高压物性研究[D];吉林大学;2013年

9 韦世豪;金属团簇和锰掺杂稀磁半导体中几何结构与电子性质的第一性原理研究[D];复旦大学;2005年

10 陈逸飞;氧化锌基稀磁半导体的第一性原理研究[D];天津大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 金鑫;掺杂SiC稀磁半导体的结构、磁性和输运性能研究[D];天津理工大学;2015年

2 杨冬燕;共掺杂In_2O_3基稀磁半导体的局域结构、输运性能及磁性的研究[D];天津理工大学;2015年

3 王伟;钴/铬掺杂的锗基稀磁半导体的制备研究[D];青岛科技大学;2011年

4 孙放;稀磁半导体模型的量子蒙特卡洛研究[D];华东师范大学;2012年

5 栾洪霞;氧化锌稀磁半导体制备与性能的研究[D];华东师范大学;2011年

6 蒋婧思;氧化锌掺铁稀磁半导体的制备和性质研究[D];北京交通大学;2008年

7 任广剑;氧化物稀磁半导体的研究进展[D];东北师范大学;2009年

8 齐娜乔;溶胶凝胶法制备钴掺杂二氧化钛型稀磁半导体及其性能研究[D];浙江大学;2007年

9 蔺何;稀磁半导体材料的第一性原理研究[D];新疆大学;2006年

10 陈广伟;稀磁半导体隧道结GaN:Mn/AlN/GaN:Mn电导的第一性原理研究[D];南京师范大学;2012年

  本文关键词：铁基超导体LiFeP和新型稀磁半导体的制备和物性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：179900