新型VA族金屬鉍、銻基化合物的合成及物性.pdf

1、探索新物態(tài)、新現(xiàn)象及其物理性質(zhì)一直是凝聚態(tài)物理研究的熱點。近年來一些含有VA族元素的化合物所表現(xiàn)出來的奇異的物理性質(zhì)吸引了大家的濃厚興趣。例如:具有層狀結(jié)構(gòu)的新型BiS2基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，和含有P，As的拓撲外爾半金屬的預(yù)言和實驗驗證，尤其受到了熱切關(guān)注和研究。
　　本論文的研究主要集中在兩個方面:(1)對最新發(fā)現(xiàn)的BiS2基化合物SrFBiS2進行摻雜效應(yīng)研究，一方面通過Sr位摻雜磁性稀土元素Ce和Pr，另一方面用Se完全替換S，

2、構(gòu)成新的化合物SrFBiSe2，并且在Sr位摻雜稀土元素La，通過兩個晶位的摻雜研究體系的超導(dǎo)電性和輸運性質(zhì)。(2)合成新的拓撲半金屬TaSb2，并對樣品進行輸運性質(zhì)的測試。獲得的主要創(chuàng)新性成果如下:
　　(1).通過X射線衍射，電輸運，磁化率和比熱測試，我們在Sr0.5Ce0.5FBiS2樣品中發(fā)現(xiàn)，在溫度低于7.5K時，Sr0.5Ce0.5FBiS2經(jīng)歷了鐵磁相變，緊接著在2.8K出現(xiàn)了超導(dǎo)電性，是一個鐵磁性與超導(dǎo)共存的稀有超

3、導(dǎo)體。通過Ce摻雜進Sr位，不僅為BiS2層提供了載流子，同時在絕緣層SrF層引入鐵磁序。
　　(2).我們發(fā)現(xiàn)Sr0.5Pr0.5FBiS2常壓在2.7K出現(xiàn)超導(dǎo)電性，通過外加壓力，樣品的超導(dǎo)電性顯著提高，在臨界壓力Pc=1.5GPa時樣品Tc陡然提高到8.5K，并且隨壓力增加，Tc逐漸提高，當壓力達到2.5GPa時樣品Tc達到9.7K。同時，在壓力下樣品由低Tc相過渡到高Tc相，樣品的正常態(tài)也由半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變到金屬行為。此外，我們

4、也發(fā)現(xiàn)在高壓下樣品的上臨界場顯著提高并且超出了Pauli順磁極限。因此，我們建立了Sr0.5Pr0.5FBiS2樣品的電子態(tài)相圖。
　　(3).在SrFBiS2系統(tǒng)中用Se完全替換S，并且在Sr位摻雜稀土元素La，我們成功合成了Sr0.5La0.5FBiSe2樣品，通過電阻率和磁化率測試，我們在Sr0.5La0.5FBiSe2樣品中發(fā)現(xiàn)了高達3.8K的超導(dǎo)電性。研究發(fā)現(xiàn)Sr0.5La0.5FBiSe2樣品在常壓下具有很好的金屬性，

5、這一行為與正常態(tài)為半導(dǎo)體行為的BiS2基化合物有著顯著地不同。特別的是，外加壓力，樣品的Tc逐漸降低，但是Tmin卻移向高溫。更奇怪的是，樣品的正常態(tài)的電阻率的絕對值則隨壓力增加先減小后增大，直到壓力達到最大值2.5GPa。這些結(jié)果說明Sr0.5La0.5FBiSe2樣品的費米面的電子結(jié)構(gòu)與其他BiS2基系統(tǒng)可能本質(zhì)上是不同的。
　　(4)拓撲絕緣體和拓撲半金屬材料由于展現(xiàn)出奇異的量子現(xiàn)象而引發(fā)了人們的極大關(guān)注。近來，我們發(fā)現(xiàn)了一

6、個新的拓撲半金屬(TSMs)TaSb2，它是具有底心單斜的中心對稱型晶體結(jié)構(gòu)化合物，常壓無場情況下具有很好的金屬性。當外加磁場時，低溫下電阻表現(xiàn)出半導(dǎo)體行為隨后在13K以下出現(xiàn)飽和電阻率平臺，并具有很高的載流子遷移率和極大的磁阻(XMR)。通過量子振蕩和理論計算，我們發(fā)現(xiàn)體系是具有非平庸Berry相的拓撲半金屬化合物。此外，當B//I時，我們探測到負磁阻行為，并隨磁場達到9T時依然沒有飽和。至此，在中心對稱的TaSb2體系中同時觀測到飽