ThCr2Si2結(jié)構(gòu)的鐵基超導(dǎo)體及其相關(guān)材料的研究.pdf

1、從1986年銅氧高溫超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)至今，高溫超導(dǎo)一直是凝聚態(tài)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。但是人們對(duì)它的超導(dǎo)機(jī)制還是不清楚。2008年初鐵基高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)又一次掀起了高溫超導(dǎo)研究的浪潮。通過(guò)研究對(duì)比鐵基高溫超導(dǎo)體與銅氧高溫超導(dǎo)體，人們可以更好地研究高溫超導(dǎo)的機(jī)理。
　　 在本論文中，我們對(duì)ThCr2Si2結(jié)構(gòu)的鐵基及其相關(guān)化合物進(jìn)行研究。我們?cè)敿?xì)地研究了122欠摻雜鐵基超導(dǎo)體的面內(nèi)電阻各向異性，并且研究了EuFe2-xCoxAs2的電子順磁共振

2、。我們合成了高質(zhì)量的AxFe2-ySe2(A=K，Cs)單晶，并且研究了電阻的壓力效應(yīng)。此外，我們還系統(tǒng)地研究了Ca1-xSrxCo2As2體系的磁性相圖并預(yù)測(cè)了相應(yīng)的磁結(jié)構(gòu)。本論文共分為以下六章:
　　 1.鐵基超導(dǎo)體及其它層狀ThCr2Si2結(jié)構(gòu)化合物研究綜述
　　 本章回顧了鐵基超導(dǎo)體的一些基本物理性質(zhì)，包括晶體結(jié)構(gòu)、輸運(yùn)性質(zhì)、磁結(jié)構(gòu)、費(fèi)米面結(jié)構(gòu)和配對(duì)對(duì)稱性等。主要詳細(xì)地介紹了鐵基超導(dǎo)體的面內(nèi)電子各向異性及其可能的

3、內(nèi)在起因。簡(jiǎn)單回顧了KxFe2-ySe2系列超導(dǎo)體和其它插層FeSe超導(dǎo)體的一些基本性質(zhì)。我們還簡(jiǎn)單介紹了一些其它層狀ThCr2Si2結(jié)構(gòu)化合物的基本物理性質(zhì)，并對(duì)ThCr2Si2結(jié)構(gòu)中坍塌四方相和非坍塌四方相進(jìn)行了討論。
　　 2.欠摻雜鐵基超導(dǎo)體的面內(nèi)電阻各向異性研究
　　 我們系統(tǒng)地研究了電子型摻雜鐵基超導(dǎo)體EuFe2-xCoxAs2、BaFe2-xCoxAs2和空穴型摻雜鐵基超導(dǎo)體Ba1-xKxFe2As2的面內(nèi)

4、電阻各向異性。我們發(fā)現(xiàn)前者電子型欠摻雜超導(dǎo)體存在很大的面內(nèi)電阻各向異性，而后者空穴型欠摻雜超導(dǎo)體幾乎觀察不到各向異性。我們發(fā)現(xiàn)面內(nèi)電阻各向異性在高于結(jié)構(gòu)相變的溫度就開始出現(xiàn)并且隨著溫度降低逐漸變大，在磁相變溫度處變化最為劇烈。我們發(fā)現(xiàn)電子型摻雜樣品在不存在面內(nèi)電阻各向異性的高溫區(qū)間電阻表現(xiàn)出很好的溫度的線性關(guān)系。由面內(nèi)電阻各向異性在結(jié)構(gòu)相交溫度和磁相變溫度不同的行為，排除了晶格自由度的貢獻(xiàn)。我們的結(jié)果表明這種液晶相行為是由電荷自由度決定

5、的，對(duì)于電子型和空穴型鐵基超導(dǎo)體，軌道對(duì)于磁有序態(tài)的貢獻(xiàn)存在著本質(zhì)的不同。
　　 3.La摻雜CaFe2As2的輸運(yùn)性質(zhì)及磁性研究
　　 本章中我們研究了Ca1-xLaxFe2As2(x=0，0.05，0.10，0.15，0.19和0.25)單晶的輸運(yùn)特性以及磁化率。雖然沒(méi)有過(guò)渡金屬引入到FeAs平面中，我們?nèi)匀豢梢栽谇窊诫s樣品中觀察到大的面內(nèi)電阻各向異性，這與Co摻雜122鐵砷超導(dǎo)體中觀察到的相似。在TSDW以下，隨著

6、La的摻雜，面內(nèi)電阻各向異性逐漸增加，這與空穴摻雜122型超導(dǎo)體不同。樣品的磁化率顯示，La的摻雜會(huì)導(dǎo)致自旋密度波的抑制，并且在低溫下誘導(dǎo)居里-外斯行為，這一行為要比其它122鐵基超導(dǎo)體強(qiáng)很多。
　　 4.AxFe2-yCh2(A=K，Rb和Cs，Ch=S，Se)單晶樣品的生長(zhǎng)和物性研究
　　 本章中我們通過(guò)自助熔劑法成功地生長(zhǎng)了高質(zhì)量的AxFe2-ySe2(A=K，Cs)單晶。在兩種晶體中都觀察到了很好的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。Kx

7、Fe2-ySe2單晶顯示了31K的超導(dǎo)起始轉(zhuǎn)變溫度，CsxFe2-ySe2單晶為30K，并且分別展現(xiàn)了將近100％的超導(dǎo)屏蔽體積。和FeSe相比，從這兩種晶體的低溫等磁場(chǎng)磁阻可以推斷出他們具有很高的上臨界場(chǎng)Hc2。兩種材料的各向異性Habc2(0)/Hcc2(0)估計(jì)在3左右。接著我們對(duì)超導(dǎo)體AxFe2-ySe2(A=K，Cs)的單晶進(jìn)行了高靜水壓電阻率測(cè)量(到1.7 GPa)。兩批具有不同超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度TC的KxFe2-ySe2單晶被用

8、來(lái)研究壓力效應(yīng)。第一個(gè)樣品的TC隨著壓力的增大從常壓下的32.6K逐漸降低。但是TC=31.1K晶體可以觀察到一個(gè)圓拱形行為，在壓力為0.48GPa時(shí)TC達(dá)到最大值32.7K。這表明，在KxFe2-ySe2系統(tǒng)中存在一個(gè)TC最大值為32.7K的最佳摻雜。TC對(duì)壓力的行為在CsxFe2-ySe2也顯示了一個(gè)圓拱形行為，在壓力為0.82GPa時(shí)TC達(dá)到最大值31.1K。隨著壓力的增大，在所有樣品電阻率對(duì)溫度的依賴中觀察到的隆起趨向于高溫移動(dòng)

9、。這電阻率隆起可能是由Fe或者Se空位引起的。此外，我們還合成了兩個(gè)新的化合物RbxFe2-yS2和CsxFe2-yS2，它們和KxFe2-ySe2超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)一樣。我們系統(tǒng)地研究了Ax Fe2-yS2(A=K，Rb和Cs)單晶的電阻、磁化率和熱電系數(shù)。高溫電阻和磁化率測(cè)量顯示在大于500 K處會(huì)出現(xiàn)反常，且反常的溫度與A有關(guān)，這與AxFe2-ySe2相似。KxFe2-yS2和RbxFe2-yS2的場(chǎng)冷和零場(chǎng)冷曲線在低溫出現(xiàn)分開，而Cs

10、xFe2-yS2則沒(méi)有。我們的結(jié)果顯示AxFe2-yS2和AxFe2-ySe2在高溫具有類似的結(jié)構(gòu)。
　　 5.EuFe2-xCoxAs2單晶中的電子自旋共振研究
　　 本章中我們?cè)贓uFe2-xCoxAs2體系中研究了溫度依賴的電子自旋共振。所有的電子自旋共振譜表明線寬強(qiáng)烈地依賴溫度。而且，線寬顯示出Korringa行為，這說(shuō)明傳導(dǎo)電子和Eu2+電子之間存在交換耦合。線寬、g因子以及電子自旋共振積分強(qiáng)度都在自旋密度波轉(zhuǎn)

11、變溫度下表現(xiàn)出異常。在自旋密度波轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，線寬并不依賴溫度。這提供了在自旋密度波轉(zhuǎn)變溫度處存在能隙打開的證據(jù)。線寬的斜率和自旋密度波轉(zhuǎn)變溫度和TC緊密相關(guān)。這些奇異的行為應(yīng)該與費(fèi)米面的嵌套有關(guān)。
　　 6.Ca1-xSrxCo2As2系列單晶的磁性研究及相關(guān)相圖
　　 本章中我們首先研究了CaCo2As2和Ca0.9Sr0.1Co2As2單晶的磁性和輸運(yùn)性質(zhì)。在CaCo2As2和Ca0.9Sr0.1Co2As2中分

12、別在70K和90K發(fā)現(xiàn)了反鐵磁轉(zhuǎn)變。在3.5T和1.5T磁場(chǎng)下的磁性和磁阻測(cè)量結(jié)果揭示了這兩種樣品在低溫下存在沿c軸從反鐵磁到鐵磁的轉(zhuǎn)變。當(dāng)磁場(chǎng)施加在ab面上時(shí)，對(duì)Ca0.9Sr0.1Co2As2，自旋可以在4.5T的磁場(chǎng)下被完全極化。然而對(duì)CaCo2As2，場(chǎng)加到7T自旋仍然不能完全被極化。我們認(rèn)為這兩種材料中的Co在ab面內(nèi)是鐵磁性排列而沿c軸是反鐵磁性排列（A型反鐵磁）。接著我們研究了Ca1-xSrxCo2As2單晶的磁性相圖，通