鐵基超導(dǎo)體的單晶生長(zhǎng)以及物性研究和摻雜菲中的超導(dǎo)電性.pdf

1、超導(dǎo)是凝聚態(tài)物理一個(gè)很重要的問題，自從1911年超導(dǎo)被發(fā)現(xiàn)以來，它就吸引了眾多研究者的關(guān)注。在本論文中，我們用自助溶劑方法生長(zhǎng)了BaFe2As2母體單晶以及Co摻雜的樣品，我們得到了樣品的輸運(yùn)，磁性等物理性質(zhì)隨著摻雜的演化關(guān)系，得到了詳細(xì)的電子相圖，給出了SDW和超導(dǎo)共存的證據(jù)。我們發(fā)現(xiàn)了摻雜phenanthrene中的超導(dǎo)，通過摻雜堿金屬、堿土金屬和稀土金屬，可以獲得大約5～6K的超導(dǎo)電性，通過壓力效應(yīng)，正常態(tài)磁化率等結(jié)果，我們得出該

2、類超導(dǎo)體具有非傳統(tǒng)超導(dǎo)電性的結(jié)論。
　　 本論文共分為以下六章:
　　 1.高溫超導(dǎo)體研究綜述
　　 本章大致介紹了銅氧化合物和鐵基化合物這兩類高溫超導(dǎo)體的研究背景，重點(diǎn)對(duì)這兩類高溫超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和相圖進(jìn)行了詳細(xì)地介紹。同時(shí)也對(duì)有機(jī)超導(dǎo)體的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)和回顧，介紹了一些常見的碳?xì)涑憝h(huán)分子。
　　 2.BaFe2As2單晶的生長(zhǎng)以及各向異性電阻和磁化率研究
　　 我們用自助熔劑法生

3、長(zhǎng)了相當(dāng)大的BaFe2As2單晶。這里第一次給出高質(zhì)量單晶的本征的各向異性的輸運(yùn)和磁學(xué)性質(zhì)的測(cè)量。電阻的各向異性ρc/ρa(bǔ)b有150之大，并且不依賴于溫度。與多晶中的磁化率行為形成鮮明對(duì)比的是，該樣品中沒有觀察到居里-外斯行為，與溫度成線性關(guān)系的磁化率出現(xiàn)在SDW轉(zhuǎn)變溫度(Ts)到700K之間。這個(gè)結(jié)果表明在Ts之上樣品呈現(xiàn)出很好的反鐵磁關(guān)聯(lián)。ab面內(nèi)的二度對(duì)稱的磁化率證明了中子散射中的條紋狀自旋結(jié)構(gòu)。電阻率的最小值強(qiáng)烈地依賴于磁場(chǎng)，表

4、明低溫電阻率的上揚(yáng)行為應(yīng)該與自旋漲落有關(guān)。
　　 3.BaFe2-xCoxAs2單晶的奇特物理性質(zhì)和相圖
　　 本文中，我們系統(tǒng)地研究了BaFe2-xCoxAs2單晶的輸運(yùn)、磁化率和熱容的性質(zhì)。在欠摻雜區(qū)域，我們?cè)陔娮韬痛呕史矫嬗^察到SDW轉(zhuǎn)變。在SDW轉(zhuǎn)變溫度之上直到700K范圍內(nèi)，磁化率與溫度T表現(xiàn)出不尋常的線性關(guān)系。隨著Co的摻入，SDW有序逐漸被壓制，超導(dǎo)性以圓頂狀出現(xiàn)。電輸運(yùn)性質(zhì)、比熱和磁化率性質(zhì)表明在x＝0

5、.17的BaFe2-xCoxAs2樣品中SDW和超導(dǎo)性共存，與(Ba，K)Fe2As2情形相類似。當(dāng)x＞0.34時(shí)，樣品的超導(dǎo)性完全消失。隨著Co摻入量的增加，從SDW態(tài)到費(fèi)米液體態(tài)的轉(zhuǎn)變被觀察到。這里給出了詳細(xì)的從SDW態(tài)到超導(dǎo)態(tài)演化的電子相圖。
　　 4.新型層狀鈦基磷族氧化物BaTi2As2O的結(jié)構(gòu)和物性的研究
　　 我們成功地合成了層狀砷氧化合物BaTi2As2O。它由單層的Ba2+和TiAsO構(gòu)成。與NaTi2

6、As2O不同，[Ti4/2O4/4]2-層移動(dòng)了(a/2，a/2)。電阻率、磁化率和熱容均顯示在200K有一個(gè)轉(zhuǎn)變，可能緣于SDW/CDW轉(zhuǎn)變。這些性質(zhì)與從鐵砷母體化合物中觀測(cè)到的相似，而銅氧化合物和鐵砷化合物中的超導(dǎo)性都是通過不同的摻雜壓制反鐵磁性得到的。由于BaTi2As2O的晶體結(jié)構(gòu)與銅氧化合物超導(dǎo)體相似，且物理性質(zhì)與鐵砷母體化合物相似，它可能是一種潛在的超導(dǎo)母體化合物。銅氧化合物和鐵砷化合物超導(dǎo)性的研究是一個(gè)重要的方面。盡管隨著

7、Li+摻雜入空隙位，SDW/CDW被壓制，仍然沒有超導(dǎo)電性出現(xiàn)。探索超導(dǎo)電性的更多研究還在進(jìn)行中。
　　 5.堿金屬摻雜phenanthrene中5K的超導(dǎo)電性
　　 我們制備了一系列不同鉀含量的Kxphenanthrene樣品，發(fā)現(xiàn)僅僅當(dāng)名義組分為x=3顯示超導(dǎo)電性。其他的x偏離3的樣品均不超導(dǎo)。在鉀和銣摻雜的phenanthrene中只觀測(cè)到了一個(gè)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，這個(gè)和鉀摻雜picene不同，后者有兩個(gè)超導(dǎo)相，Tc分別是7

8、K和18K。具有phenanthrene構(gòu)型邊緣的多環(huán)芳香烴化合物有很多種類，一般表示成為[n]phenacene，其中n是苯環(huán)的數(shù)目。[n]phenacene分子可以視作石墨烯的部分，帶狀苯環(huán)是石墨烯片的部分。因此，在A3phenanthrene(A3C14H10，A=KandRb)以及Kxpicene中間超導(dǎo)電性的發(fā)現(xiàn)開辟了發(fā)現(xiàn)一類廣闊的稠環(huán)芳香烴超導(dǎo)體的領(lǐng)域。在[n]phenacene中找尋超導(dǎo)體并且研究其物理性質(zhì)對(duì)于理解超導(dǎo)機(jī)制

9、非常重要。相對(duì)于在Kxpicene中7K和18K的轉(zhuǎn)變溫度，三個(gè)苯環(huán)的A3phenanthrene(A=K，Rb)的Tc～5K相對(duì)比較低，表明這種有機(jī)超導(dǎo)體具有更長(zhǎng)的苯環(huán)可能具有更高的Tc。
　　 6.堿土金屬和稀土金屬摻雜的phenanthrene中的非傳統(tǒng)超導(dǎo)電性
　　 我們發(fā)現(xiàn)了堿土金屬(Sr和Ba)和稀土金屬(La和Sm)摻雜phenanthrene的超導(dǎo)電性，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度分別為Ae1.5phenanthrene

10、的～5.6K和Re1phenanthrene的～6K。所有堿土金屬和稀土金屬摻雜的超導(dǎo)樣品的超導(dǎo)屏蔽分?jǐn)?shù)均比堿金屬摻雜的phenanthrene和picene要大，2K時(shí)Ba1.5phenanthrene的屏蔽分?jǐn)?shù)最高達(dá)65.4％，這是目前碳?xì)涑憝h(huán)化合物超導(dǎo)體中超導(dǎo)屏蔽分?jǐn)?shù)最高的體系。拉曼光譜由于電荷轉(zhuǎn)移給出8和7cm-1每電子的紅移，這與A3phenanthrene和A3C60(A=K、Rb)相似。超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc和壓力之間具有正的壓