新型超導材料的制備、超導電性及電子結構和彈性性質(zhì)研究.pdf

1、自從1911年超導電性被發(fā)現(xiàn)以來，無論是超導電性理論研究還是超導材料的應用研究，都取得了巨大的發(fā)展。近10年來，又有幾類重要的超導材料相繼被發(fā)現(xiàn)，其中包括金屬間化合物超導體MgB2和MgCNi3、鐵基超導體LnFeAsO1-xFx(Ln=Rare Earth elements)，Ba1-xKxFe2As2，LiFeAs(NaFeAs)，F(xiàn)eSe(Te)，Sr4V2O6Fe2As2等。本論文利用微波直接合成(固相反應)方法制備了MgB2和

2、MgCNi3系列多晶塊材樣品，并研究了其晶體結構、相成分、形貌和超導電性；利用虛晶近似(VCA)和基于密度泛函理論(DFT)第一性原理的廣義梯度近似(GGA)研究了摻雜對MgB2和MgCNi3、鐵基超導母體材料LaFeAsO和BaFe2As2的晶格參數(shù)、電子結構和彈性性質(zhì)的影響。論文主要研究內(nèi)容和結果如下：
　　 利用微波直接合成方法制備了MgB2、納米SiC摻雜Mg(B1-2x(SiC)x)2(x=0，0.05，0.10)和納

3、米CuO摻雜MgB2-xCuO(x=0，0.03，0.05)多晶塊材樣品，通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)以及超導量子干涉儀(SQUID)等對它們的晶體結構、相成分、形貌和超導電性進行了研究。結果證實納米SiC摻雜的Mg(B1-2x(SiC)x)2樣品中實現(xiàn)了B位原子被部分替代；而MgB2-xCuO超導樣品中CuO并未進入MgB2晶格。納米摻雜MgB2樣品的合成時間更短，晶粒更細，致密度更高，晶粒間的連接性更好。在20

4、K溫度下，摻雜樣品的臨界電流密度Jc在較高外場下都有較大幅度的提高，顯示出了微波直接合成和納米摻雜的優(yōu)越性。
　　 利用雜化微波合成方法在短時間內(nèi)和較低溫度下制備了Mg1.1C1.2Ni3超導樣品。樣品主相為MgCNi3，含有少量未反應的石墨和微量的MgO雜相，樣品晶粒較細，超導轉變溫度約為6.9 K，轉變寬度約為0.8 K。用固相反應法、以C納米管為碳源制備了Mg1.1CxNi3(x=1.35，1.45，1.55)超導樣品。除

5、主相MgCNi3外，還含有少量未反應的Ni(或C納米管)和微量的MgO雜相，晶粒大小在幾百納米至幾微米之間。最佳樣品的轉變溫度Tc為7.2K，在自場、5K下其臨界電流密度Jc約為3.44×104 m/cm2，比其它碳源制備的MgCNi3樣品的要高。
　　 利用VCA和第一性原理GGA計算了C摻雜對Mg(B1-xCx)2(x=0，0.05，0.10，0.15，0.2)晶體及C、Si共摻雜對Mg(B1-2xSixCx)2(2x=0，

6、0.5，0.1，0.15，0.2)和Mg(B0.9C0.1-xSix)2(x=0，0.02，0.03，0.04，0.05)晶體的晶格參數(shù)、能帶結構、態(tài)密度、單晶體和多晶體的彈性性質(zhì)的影響。結果表明C摻雜Mg(B1-xCx)2晶體晶格參數(shù)變化與實驗結果符合較好，而C、Si共摻雜Mg(B1-axSixCx)2和Mg(B0.9C0.1-xSix)2晶體晶格參數(shù)隨摻雜量增加而增大；Mg(B1-xCx)2和Mg(B1-2xSixCx)2費米能級附

7、近的能帶結構發(fā)生明顯變化；費米能級處態(tài)密度的變化與超導轉變溫度的變化一致，符合BCS超導機制；單晶體和多晶體的彈性性質(zhì)都發(fā)生較大變化；泊松比v和BH/GH的比值表明Mg(B1-xCx)2、Mg(B1-2xSixCx)2和Mg(B0.9C0.1-xSix)2晶體是脆性的化合物；與C單獨摻雜Mg(B1-xCx)2晶體比較而言，C、Si共摻雜Mg(B1-2xSixCx)2和Mg(B0.9C0.1-xSix)2晶體的脆性有所改善。
　　

8、 計算了B摻雜對MgC1-xBxNi3(x=0，0.05，0.10，0.15，0.2)晶體和Zn摻雜對Mg1-xZnxCNi3(x=0，0.1，0.15，0.2，0.25，0.3)晶體的晶格參數(shù)、能帶結構、態(tài)密度、單晶體和多晶體的彈性性質(zhì)的影響。結果顯示摻雜晶體晶格參數(shù)變化與實驗結果符合較好；費米能級處態(tài)密度的變化與超導轉變溫度的變化一致，符合BCS超導機制；Zn摻雜Mg1-xZnxCNi3晶體費米能級附近的能帶結構、單晶體和多晶體的彈

9、性性質(zhì)都發(fā)生明顯變化，而B摻雜MgC1-xBxNi3晶體的變化不明顯；泊松比v和Bh/GH的比值表明MgC1-xBxNi3晶體是延展性的化合物，而Mg1-xZnxCNi3晶體處于延性和脆性的邊緣。
　　 計算了F摻雜對LaFeAsO1-xFx(x=0，0.05，0.08，0.11，0.15)晶體和K摻雜對Ba1-xKxFe2As2(x=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5)晶體的晶格參數(shù)、能帶結構、態(tài)密度、單晶體和多晶體的