機(jī)械球磨和低溫?zé)Y(jié)制備鐵硒超導(dǎo)體性能的研究.pdf

1、2008年發(fā)現(xiàn)的新型鐵基化合物L(fēng)aO1?xFxFeAs顯示出超導(dǎo)性能,這一突破性成果立刻引起了凝聚態(tài)物理界的高度重視。鐵基超導(dǎo)材料是一種全新的超導(dǎo)體,其超導(dǎo)電性無法以BCS(BardeenCooperSchieffer)理論解釋。目前,按母體化合物的成分和晶體結(jié)構(gòu)分類,鐵基超導(dǎo)體主要包含鐵砷超導(dǎo)體和鐵硒超導(dǎo)體兩個(gè)系列。在鐵基超導(dǎo)材料家族中,鐵硒超導(dǎo)體基于其結(jié)構(gòu)簡單、不含毒性元素As、實(shí)驗(yàn)制備相對(duì)容易、使用更加安全而備受研究人員關(guān)注。同時(shí)

2、,研究鐵硒超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制也能為進(jìn)一步了解其他鐵砷超導(dǎo)體提供理論指導(dǎo)。
　　本文選取鐵硒超導(dǎo)體作為研究對(duì)象,通過機(jī)械球磨法和二次低溫?zé)Y(jié)法制備了塊狀FeSe和Fe(Se,Te)多晶材料,通過對(duì)該體系的結(jié)構(gòu)、顯微形貌、超導(dǎo)電性進(jìn)行系統(tǒng)研究,探明了β-FeSe和材料超導(dǎo)性能之間的聯(lián)系。隨后通過引入含3d電子的Cr,在低溫下對(duì)FeSe和Fe(Se,Te)進(jìn)行摻雜,討論了過渡金屬摻雜與超導(dǎo)電性變化的關(guān)系。
　　首先研究了機(jī)械球磨對(duì)多

3、晶FeSe體系的燒結(jié)過程、組織形貌和超導(dǎo)性能的影響,系統(tǒng)闡述了在燒結(jié)過程中β-FeSe的成相過程與機(jī)制。研究表明:β-FeSe相含量隨著球磨時(shí)間延長逐漸增加,超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc也隨之增大。而當(dāng)球磨時(shí)間大于50h時(shí),由于燒結(jié)過程中β-FeSe相轉(zhuǎn)變?yōu)棣?FeSe相,試樣的超導(dǎo)性能將會(huì)受到抑制甚至消失。球磨50h的FeSe體系的燒結(jié)過程經(jīng)歷了以下階段:非晶Se的晶化;固—固階段FeSe2相的生成;Se熔化;固—液階段Fe7Se8相的生成。

4、然而由于焓變值較小,故Fe7Se8相→β-FeSe相和β-FeSe相→δ-FeSe相的轉(zhuǎn)變過程不能被差熱分析方法測得。
　　Te摻雜的多晶FeSe0.5Te0.5材料也同樣采用機(jī)械球磨法合成,以研究超導(dǎo)體晶格畸變與超導(dǎo)性能之間的關(guān)系。研究表明:球磨過程引入的殘余應(yīng)力阻礙了Te在β-FeSe相晶格中的擴(kuò)散,致使晶格參數(shù)c和晶面間距d隨著球磨時(shí)間的延長而逐漸減小;同時(shí)由于球磨導(dǎo)致反應(yīng)物活性過度增加,球磨20h后,在燒結(jié)過程中β-FeS

5、e相易轉(zhuǎn)變?yōu)棣?FeSe相,致使超導(dǎo)性能受到抑制甚至消失。
　　考慮到球磨處理會(huì)引入的殘余應(yīng)力會(huì)對(duì)超導(dǎo)性能有所抑制,故試著采用低溫二次燒結(jié)的方法來合成塊狀FeSe0.5Te0.5試樣,并研究了不同合成溫度對(duì)超導(dǎo)性能的影響。結(jié)果表明,與以往常壓下通過高溫固相燒結(jié)得到的塊狀試樣相比,低溫(550℃)下合成的試樣具有較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(15.5K)。另外,Te的引入改變了β-FeSe相的擇優(yōu)生長方向,使其沿著(002)面以二維形核方式層

6、狀生長,當(dāng)該晶面上的臺(tái)階沿偏離[100]或[010]方向生長時(shí)就會(huì)使層片狀β-FeSe晶體出現(xiàn)扭折現(xiàn)象。
　　本文同時(shí)系統(tǒng)研究了不同Cr摻雜量對(duì)鐵硒超導(dǎo)體性能的影響。微量Cr摻雜對(duì)FeSe和FeSe0.5Te0.5的燒結(jié)成相過程影響不顯著,但是Cr摻雜引起了試樣中β-FeSe相的晶格畸變。隨著FeCrxSe中Cr摻雜量的增加,其引入的微弱化學(xué)負(fù)壓效應(yīng)可在一定程度上提高材料的超導(dǎo)性能,但是Cr的摻雜量不宜大于5at.％。隨后對(duì)FeC