REFeAsO中的超導電性和RECoAsO的磁性研究——其中RE為稀土元素Sm,Gd或Ce.pdf

1、本文旨在研究四元ZrCuSiAs-型化合物RETMAsO(RE=Sm，Gd，Ce；TM=Fe，Co)中的超導電性和磁性質(zhì)，以更加深入、全面地理解該體系的電子行為與超導電性和磁性質(zhì)的關(guān)聯(lián)，并在此基礎(chǔ)上探索新的超導及磁性材料。文中主要涉及REFeAsO體系中RE位、Fe位及O位的元素摻雜對材料晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌以及超導電性的影響。此外，詳細研究了鐵基超導材料相關(guān)體系RECoAsO(RE=Sm，Gd，Ce)化合物中豐富的磁性質(zhì)以及Fe和F摻雜

2、對SmCoAsO磁性質(zhì)的影響。本研究分為八個部分：
　　 第一章對鐵基超導體研究的背景和意義、發(fā)展現(xiàn)狀以及本文的主要研究目的和內(nèi)容進行了綜述。
　　 第二章重點介紹了本文中所涉及的各種制備及表征手段。
　　 第三章著重研究了5d過渡金屬元素Ir在SmFeAsO和GdFeAsO體系中摻雜導致的超導電性，兩者的超導電性基本相似，但是兩種材料對摻雜量的敏感程度明顯不同。SmFe1-xIrxAsO體系對摻雜量較為敏感，但

3、GdFe1-xIrxAsO體系超導范圍比SmFe1-xIrxAsO寬。除此之外，GdFe1-xIrxAsO體系最高超導轉(zhuǎn)變溫度(Tc=18.9 K)高于SmFe1-xIrxAsO體系(Tc=17.3 K)。這一行為與在F摻雜REFeAsO體系中最高超導轉(zhuǎn)變溫度行為不同。這說明O位電子摻雜與Fe位電子摻雜導致超導電性的機制可能有所不同。
　　 第四章中利用納米尺寸的REF3作為所制備樣品中F的來源，開發(fā)出一種低溫制備REFeAsO

4、1-xFx超導材料的方法。利用常規(guī)固相反應(yīng)法及低溫方法分別制備了SmFeAsO1-xFx和GdFeAsO1-xFx兩個鐵基超導體系，并比較其性能的差異。隨著摻F量的增加，體系的晶格參數(shù)逐漸減小，超導轉(zhuǎn)變溫度升高。當摻雜量達到一定程度時，系統(tǒng)摻雜趨于飽和，出現(xiàn)相邊界。實驗證實，低溫方法制備的樣品晶格常數(shù)的減小和超導轉(zhuǎn)變溫度的升高程度均大于常規(guī)制備方法同組分的樣品，制備所得樣品的純度及最高超導轉(zhuǎn)變溫度也有相應(yīng)的提高，說明新的低溫制備方法比常

5、規(guī)固相反應(yīng)法更具高效性及實用性。
　　 第五章選用不同的金屬材料作為包套材料，利用原位粉末套管法成功研制了SmFeAsO0.8F0.2超導線材，并研究了不同的包套材料對線芯的影響，及其所制得線材的性能。研究發(fā)現(xiàn)，Cu包套材料在高溫下擴散進入線芯直接破壞其成相，所制備線材線芯材料不具有超導電性。而以Ta為包套材料的SmFeAsO0.8F0.2超導線材超導轉(zhuǎn)變溫度可達52.5K，并且在30K以下溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出較大的顆粒內(nèi)臨界電流密

6、度。而且在Jc-H曲線中觀察到了峰效應(yīng)，說明鐵基超導線材料具有較大的應(yīng)用前景。
　　 第六章主要研究了SmFeAsO0.8F0.2和SmFeAsO中的摻雜效應(yīng)。用離子半徑較小的稀土元素Y部分取代SmFeAsO中的Sm，造成了晶格收縮和自旋密度波轉(zhuǎn)變溫度的降低，但未誘導出超導電性；由于負化學壓力效應(yīng)，Y摻雜對SmFeAsO0.8F0.2的超導轉(zhuǎn)變具有抑制作用。由此可知，晶格收縮或化學壓力只是影響超導電性，不會直接導致超導電性。Zn

7、在SmFeAsO0.8F0.2中Fe位的摻雜導致其晶格發(fā)生了膨脹，Tc被強烈的抑制，并且隨Zn摻入量的增加，體系由超導體轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽w。
　　 第七章主要研究了RECoAsO(RE=Sm，Gd，Ce)的磁性及輸運性質(zhì)。輸運測量表明，三種化合物都屬于金屬導體，而且室溫電阻較小。在不同溫度和外加磁場下，SmCoAsO和GdCoAsO均表現(xiàn)出極為豐富的磁性質(zhì)，包括巡游鐵磁性、反鐵磁性、混磁性，順磁性及亞鐵磁性等。另外，在反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度以

8、下觀察到了變磁性相變，此相變主要源自于傾斜(canting)的自旋結(jié)構(gòu)。而CeCoAsO卻表現(xiàn)為硬鐵磁性，而且在低溫下發(fā)生了連續(xù)的鐵磁轉(zhuǎn)變。
　　 第八章豐要研究了Co位Fe摻雜和O位F摻雜對SmCoAsO磁性質(zhì)和輸運性質(zhì)的影響。Fe摻雜體系中存在鐵磁和反鐵磁兩相共存的現(xiàn)象，F(xiàn)e的摻雜使體系的反鐵磁性受到抑制，鐵磁性加強。在SmCoAsO1-xFx體系中，F(xiàn)摻雜加強了兩個Co子晶格間的相互作用，穩(wěn)定了高溫鐵磁態(tài)，使Tc增加。通過