新型层状超导体的研究

发布时间：2017-04-20 21:00

  本文关键词：新型层状超导体的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超导电性于1911年被发现后,作为重要的宏观量子现象,一直是凝聚态物理中一个重要的研究领域。理论上,人们致力于揭示超导体的超导机制。BCS理论很好地解释了常规超导的微观机制,但是非常规超导体的出现给超导理论带来了新的挑战。实验上,人们通过化学掺杂、物理压力和设计合成新的材料以不断地探索新的超导体,一方面为研究超导微观机制提供新的平台,另一方面为实际应用寻找具有更高转变温度的超导体。超导材料由元素超导体、合金超导体慢慢地发展为氧化物超导体等具有较复杂晶体结构的化合物。自铜氧化物超导和铁基超导体相继被发现以来,层状超导体成为了人们研究的热点。从晶体结构上分析,这些层状材料一般由负责超导电性的“活性层”和其他可以进行化学掺杂引入载流子的“载流子库层”在晶体c方向堆叠而成；从物理性质上分析,这些层状超导体都存在所谓的母体化合物,一般来说母体化合物是反铁磁的半导体或半金属,通过化学掺杂或物理压力来引发超导电性。由此,寻找适合的超导母体材料进行化学掺杂研究和设计合成包含“活性层”的新材料是实验上探索新的超导体合理的途径。本文的研究即因循这两种可能的途径来探索新的层状超导材料。LaMnAsO是与铁基超导体母体化合物LaFeAsO同构的四元化合物,同时也是反铁磁转变温度高达317 K的莫特绝缘体。我们试图以Sr部分替代La引入空穴载流子,期望将其变为金属导电并抑制反铁磁序,以铜氧化物与铁基超导体的经验,这样极有可能引发超导电性。我们成功制备了多晶样品La1-xSrxMnAsO(x=0,0.02,0.06,0.08,0.1),并进一步测量其物性。结果表明,空穴掺杂的确使其导电发生绝缘体-金属转变,但磁有序只受到了轻微的抑制,也未能在这个体系中观察到超导电性。迄今为止发现的铁基超导体主要分为四大家族,之后又有一些体系被相继发现。他们的超导活性层都是[Fe2As2]层,因此设计包含此类二维层的化合物也是探索新超导体的捷径。[Fe2As2]层具有一定“弹性”,能与多种二维层结合形成稳定化合物。我们发现一类[Ti2As2O]层具有与[Fe2As2]层相近的晶胞参数,并且他们都能与Ba2+结合,在此基础上我们设计了一种新的晶体结构,并且合成了Ba2Ti2Fe2As4O这个新的化合物。电磁测量结果表明,Ba2Ti2Fe2As4O是一个无需化学掺杂而由二维层之间电荷转移引发的具有21 K转变温度的铁基超导体。在这之后,我们又通过自助熔方法成功生长了Ba2Ti2Fe2As4O单晶样品并进一步研究了其超导性质。铋硫系超导体是新近发现的一类包含[Bi2S4]层的二维层状材料。事实上[Bi2S4]层只是一类二维层[MnXn+2](M=Pb,Bi;X=S,Se,Te)n=2的特例,这意味着可以设计包含[MnXn+2]层的化合物以探索新的超导体。在考虑晶格匹配和电价平衡后,我们设计并成功合成了包含[La2O2]层和[Pb2Bi2S6]层的化合物LaPbBiS3O。物性研究表明LaPbBiS3O是一个窄带半导体且具有良好的热电性能。作为与LaBiS2O体系类似的铋硫系超导母体,一定的化学掺杂很可能在LaPbBiS3O中引发超导电性。
【关键词】：层状超导体 化学掺杂 结构设计
【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】：O511.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 1 绪论12-38
• 1.1 超导基本现象12-13
• 1.2 超导理论发展13-15
• 1.3 超导材料的发展15-38
• 2 La_(1-x)Sr_xMnAsO的掺杂研究38-46
• 2.1 引言38
• 2.2 研究动机38-39
• 2.3 样品制备39
• 2.4 物性表征39-46
• 3 Be_2Ti_2Fe_2As_4O：新的铁基超导体46-64
• 3.1 引言46
• 3.2 结构设计46-47
• 3.3 样品制备47-48
• 3.4 物性表征48-56
• 3.5 单晶的生长与性质表征56-64
• 4 LaPbBiS_3O：可能的铋硫系超导母体化合物64-74
• 4.1 引言64
• 4.2 结构设计64-66
• 4.3 样品制备66
• 4.4 物性表征66-74
• 参考文献74-84
• 作者简历84-86
• 发表文章目录86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 ;Structural and superconducting properties of LaFeAs_(1-x)Sb_xO_(1-y)F_y[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2010年07期

  本文关键词：新型层状超导体的研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：319493