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文檔簡介
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。通過研究對比鐵基高溫超導(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ThCr2Si2結(jié)構(gòu)的鐵基及其相關(guān)化合物進(jìn)行研究。我們詳細(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)和配對對稱性等。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,對于電子型和空穴型鐵基超導(dǎo)體,軌道對于磁有序態(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。雖然沒有過渡金屬引入到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)單晶樣品的生長和物性研究
本章中我們通過自助熔劑法成功地生長了高質(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磁阻可以推斷出他們具有很高的上臨界場Hc2。兩種材料的各向異性Habc2(0)/Hcc2(0)估計(jì)在3左右。接著我們對超導(dǎo)體AxFe2-ySe2(A=K,Cs)的單晶進(jìn)行了高靜水壓電阻率測量(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的場冷和零場冷曲線在低溫出現(xiàn)分開,而Cs
10、xFe2-yS2則沒有。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
本章中我們在EuFe2-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磁場下的磁性和磁阻測量結(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)磁場施加在ab面上時(shí),對Ca0.9Sr0.1Co2As2,自旋可以在4.5T的磁場下被完全極化。然而對CaCo2As2,場加到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
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