高压下富氢化合物的结构与奇异超导电性

在富氢化合物中,一方面由于非氢元素的存在会对氢的子晶格产生化学预压作用,这些体系比纯氢更容易金属化.另一方面由于含氢量较多,富氢化合物可能会具有像金属氢那样较高的超导转变温度,有望成为超导家族的新成员—–氢基超导体.高压下富氢化合物的结构及超导电性已成为物理、材料等多学科的研究热点,最近理论和实验发现硫氢化合物在高压下的超导转变温度达到200 K,创造了高温超导新纪录,进一步推动了人们对富氢化合物超导电性的研究.本文主要介绍了近年来高压下几种典型富氢化合物的结构、稳定性、原子间相互作用、金属化及超导电性,希望未来能在富氢化合物中寻找到具有更高超导转变温度的超导体.     

压力下铁砷基化合物的超导电性研究

随着高压实验设备与技术的不断发展,压力作为对物质状态调控的独立变量在凝聚态物理研究中得到了越来越广泛的应用.高压研究对发现新材料、新现象、新规律及对其形成机理的理解和对相关理论的验证起到了不可替代的重要作用,近年来在对铁基超导体超导电性的高压研究中取得的诸多重要研究进展充分说明了这一点.本文简要介绍了在压力下铁砷基超导体中呈现出的一些有趣的物理现象及其所反映出的物理内涵,例如,压力下对1111体系超导电性的研究在指导常压下用小离子半径元素替代获得最高超导转变温度的铁砷基超导体和推测铁砷基超导体超导转变温度上限等方面起到了重要作用;压力可抑制122体系母相的磁有序进而诱发超导电性,并揭示出Eu-122体系中Eu离子插层的磁有序与FeAs层超导电性的关系;在新型铁砷基超导体Ca_(0.73)La_(0.27)FeAs_2中发现的压致双临界点现象等.希望本文能对读者了解铁砷基超导体的高压研究进展情况有所帮助.     

高TcY·Ba·Cu·O超导体应用于物理实验教学的一个装置

前言尽管世界上发现超导电性已有数十年历史,但超导温度最高的合金铌三锗(Nb_3Ge),才不过23.2K.因此传统的超导体应用于物理实验教学,由于受各方面条件的限制在国内实际上还是空白.去年.瑞士IBM的J.G.Bednorz和K.A.M(?)ller发现了Ba·La·Cu·O存在超导电性.不久,这类材料的超导转变温度在国内外同时被提     

超导转变温度(Tc)测量的实验

一、引言一些物质在温度低于某一值(T_c)时,其电阻率突然转变为零.这种状态称作超导状态,这类物质称为超导体。T_c 称作超导体的转变温度.不同的超导材料,其转变温度也不同.因而,超导体的转变温度(T_c)是超导材料最基本、最重要的物理参数之一,其它物理量无不与此相关.精确测量超导体的 T_c值已成为超导电性研究中必备的手段.为了培养高水平的接触近代科学前沿的硕士和博士人才,我们连续三年对固体物理、实验物理和低能核物理等专业的研究生开设了超导转变温度(T_c)测量的实验.结果表明,同学们不仅能完成实验要求,掌握实验技     

高压下二元富氢超导体的实验研究进展

自从1911年著名物理学家Onnes发现超导电性以来,人们不断努力提高超导转变温度,室温超导体是人类追逐的百年梦想。在近百年的研究历程中,铜基超导体、铁基超导体及麦克米兰极限MgB₂超导体的发现不断刷新了人们对超导领域的认知,也增强了人们进一步提高超导转变温度和挖掘高温超导机制的信心。最近,理论预测并被实验验证的新型富氢化合物显示了高温乃至室温超导电性的巨大潜力,成为室温超导体的最佳候选体系之一。值得注意的是,高压下硫氢化物和镧氢化物均具有超过200 K的超导转变温度,引领了富氢化合物的研究热潮,涌现了一些重要的理论和实验成果。本文聚焦于目前富氢化合物超导体的实验研究进展,从不同氢结构单元及氢成键特征的角度总结和归纳新型富氢化合物的晶体结构性质及超导性能。主要介绍了5种在实验上成功获得的富氢化合物超导体：间隙型、离子型、共价型、笼型及分子型。通过对比分析不同类型的富氢化合物超导体,总结出一些影响超导转变温度的普适规律,并提出目前实验上亟待解决的问题和未来主攻的实验方向。     

高压下的铁基超导体:现象与物理

始于2008年的铁基超导体研究续写了高温超导发展史的新篇章.回顾过去十年对铁基超导体的研究,在理论、实验及应用方面都取得了辉煌的成绩,丰富了人们对高温超导电性的认识,为突破高温超导机理研究、最终实现超导材料的人工设计与更广泛的应用奠定了坚实的基础.本文主要介绍了通过高压实验研究手段在铁基超导体的研究中取得的一些重要进展及呈现出的新现象和新物理,例如压致超导现象、压力导致的超导再进入现象、压力对超导转变温度的提升效应、压力研究对铁基超导体超导转变温度的预测、相分离结构对超导电性的影响及反铁磁-超导双临界点的发现等.希望这些高压研究结果与本文报道的其他各类实验与理论研究成果一起,为全面、深入地理解铁基超导体勾画出一幅较为完整的物理图像.     

强关联电子系统超导电性的高压研究

具有强关联电子特性的凝聚态系统中,电子间的强关联性主导系统的宏观量子特性。这类系统具有电荷、自旋、轨道、晶格及拓扑等多重自由度,这些自由度强烈耦合,产生复杂的多体相互作用,导致系统出现丰富奇异的量子现象,如非常规超导电性、庞磁电阻、金属-绝缘体转变、拓扑量子相变等。其中,非常规超导体的研究于近几十年取得了不少进展,例如发现了铜氧化物高温超导电性和铁基超导体,然而导致非常规超导电性的原因,尤其是对高温超导电性的机理认识目前尚不清楚,非常规超导机理一直是凝聚态物理研究领域中最具挑战性的问题之一。为此,简要介绍了近年来我们通过高压实验手段在重费米子超导体、铜氧化物超导体和铁基超导体这3类主要的非常规超导体研究中取得的进展、发现的新现象以及反映的新物理机理,包括磁性和超导电性的演化关系、价态变化对超导电性的影响、铜氧化物的普适压力相图等,旨在提供非常规超导体在高压研究方面的一些实验新进展,以期为更好地理解非常规超导的微观机理提供压力维度下的一些信息。     

高压下HgBa2CaCu2O6＋δ超导体的制备及其超导电性

利用高温高压方法合成了ＨｇＢａ２ＣａＣｕ２Ｏ６＋δ超导体。Ｘ射线衍射线结构分析显示该超导体具有四方结构，晶格常数ａ＝０．３８６７ｎｍ，ｃ＝１．２７４３ｎｍ．电阻和交流磁化率测量结果表明该超导体的超导起始转变温度为１２７Ｋ，零电阻温度为１２１Ｋ，抗磁转变温度为１１８Ｋ。对合成后的样品做了氧气氛中的退火处理，研究了２７ｋｂａｒ压力下，不同烧结温度对合成样品的超导电性的影响，结果表明该压力下ＨａＢａ２Ｃ     

新型铁基超导体材料的研究进展

文章主要介绍了碱金属插层法合成新型铁基超导体的研究进展.通过采用碱金属K对FeSe层状材料插层的方法,得到了一种新型的铁基超导体K0.8Fe1.7Se2,并对该材料的晶体结构与物性进行了研究.结果表明,该化合物的超导转变温度达到30K,这是FeSe体系在常压下的最高超导转变温度.同时,观察到该体系中存在转变温度为43K的超导相,但未得到纯相.通过磁性元素Co的掺杂研究,进一步加深了对K0.8Fe1.7Se2体系超导演化规律的认识.该超导体的发现对深入认识铁基超导体的超导机理,探索具有更高超导转变温度的铁基超导体具有重要意义.     

超导电性的研究及应用

 1911年,荷兰莱顿大学的卡茂林-昂尼斯(H.KamerlinghOnnes)在实验中发现将汞冷却到绝对温度4.2K时(-268.98℃,绝对温度零度相当于零下273摄氏度)其电阻突然消失并由此开始了超导研究,昂尼斯称这种处于超导状态的导体为超导体。昂尼斯也凭这一发现获得了1913年的诺贝尔物理学奖。一、超导体的特性和分类超导体电阻突然变为零的温度叫超导临界温度(TC)。目前已经发现的一半的金属元素和成百上千种合金与化合物都是超导体,但是他们的转变温度TC都较低。直到20世纪80年代中期TC也未能突破30K大关,人们把此类超导体称之为常规超导体。     

高压下HgBa_2NcaCu_2NO_（6＋δ）超导体的制备及其超导电性

利用高温高压方法合成了ＨｇＢａ２ＣａＣｕ２Ｏ６＋δ超导体．Ｘ射线衍射结构分析显示该超导体具有四方结构，晶格常数ａ—０．３８６７ｕｒｎ，ｃ—１．２７４３ｕｒｎ．电阻和交流磁化率测量结果表明该超导体的超导起始转变温度为１２７Ｋ，本电阻温度为１２ｌＫ，抗磁转变温度为１１８Ｋ．对合成后的样品做了氧气氛中的退火处理．研究了２７ｋｂａｒ压力下，不同烧结温度对合成作品的超导电性的影响，结果表明该压力下ＨｇＢａＣａＣｕＯ６＋δ超导体的最佳合成温度为８２０～８３０℃．     

5d电子掺杂的SmFe_(1-x)Ir_xAsO铁基超导体的合成及物性

通过在SmFeAsO中Fe位上掺入5d过渡金属Ir,得到了一种新的铁基超导体SmFe1-xIrxAsO,当x=0.05时,样品表现出超导电性,超导转变温度为8K,当x=0.15时,超导转变温度达到最大值17.3K.X射线衍射结果表明所有样品均属四方ZrCuSiAs-type结构,SEM结果表明SmFe1-xIrxAsO样品具有片层状形貌特征.随着Ir掺杂量的增大,晶格参数a增大而c减小,结合EDX数据,表明Ir掺入了SmFeAsO晶格当中.     

封面说明

新型层状水合物超导体Na0 .3CoO2 ·1.3H2 O具有和高温超导体类似的层状结构 ,其晶体结构是由载流子库层 (Na -H2 O)和具有正六角结构的CoO6 超导层组成 .该超导体很容易在空气中失去晶格内的水分子从而失去超导电性 ,实验证明了水在该超导体中起着关键作用 ,这在超导材料研究中尚属首例 ;并且由于它在超导电性和结构上都类似于高临界温度超导体 ,所以引起了科学界的广泛关注 .封面大图为Na0 .3CoO2 ·1.3H2 O超导体的扫描电子显微镜 (SEM )图 ,该图清楚地显示沿c轴方向超导材料呈现层状结构特征 .小图是该样品的会聚束电子衍射图 ,…     

利用单轴压强下的电阻变化研究铁基超导体中的向列涨落

铁基超导体中普遍存在着反铁磁、超导和向列相,因此研究向列相的性质及其与反铁磁、超导的关系对于理解铁基超导体的低能物理及高温超导电性具有非常重要的作用.所谓向列相是指电子态自发破缺了晶格的面内四重旋转对称性而形成的有序态,从而导致样品的某些物理性质出现了两重的各向异性.我们通过自主研发的单轴压强装置,可以在低温下原位改变压强,测量电阻的变化,从而得到向列极化率.本文介绍了我们利用该装置在最近几年研究铁基超导体的向列相和向列涨落所取得的一些成果,包括详细研究了BaFe_(2-x)Ni_xAs_2体系中的向列量子临界点及其量子临界涨落,并提出了基于向列涨落强弱调节的铁基超导体统一相图.这些结果表明,向列相及其涨落与反铁磁和超导均有很强的耦合,对于理解铁基超导体中磁性和超导电性非常关键.     

高质量FeSe单晶薄膜的制备及相关性能表征

在铁基超导体中,FeSe具有最简单的晶体结构和化学组成,而且其超导转变温度具有较大的调控空间,因此适合作为超导机理研究和应用的载体.高质量样品的研制是物性研究和器件应用的前提,本文系统地研究了利用激光脉冲沉积技术制备FeSe薄膜的工艺条件,在多种衬底上成功地制备出高质量的β-FeSe薄膜,并首次实现了超导临界转变温度从小于2 K到14 K的连续调控,这为FeSe超导机理研究提供了样品支持.为探究FeSe薄膜超导电性变化的起因,从β-FeSe超导电性与晶格常数c正相关出发,基于简单的费米面填充假设,第一性原理计算可以很好地解释晶格常数c的变化规律,但该假设并不能完全符合角分辨光电子能谱实验给出的电子结构演变过程.因此β-FeSe薄膜的超导电性、晶格结构和电子结构三者之间的关系还有待澄清,该问题的解决将为FeSe超导机理研究提供重要的线索,而上述系列高质量的β-FeSe薄膜样品恰好能为该问题的研究提供理想的载体.本文根据实验和已有的相关研究结果,详细介绍了FeSe薄膜的脉冲激光沉积制备及其优化,以期为后续的薄膜研究应用提供参考.     

Li2C2中电声耦合及超导电性的第一性原理计算研究

通过第一性原理密度泛函和超导Eliashberg理论计算, 我们研究了Li₂C₂在Cmcm相的电子结构和电声耦合特性, 预言这种材料在常压和5GPa下是由电声耦合导致的转变温度分别为13.2 K 和9.8 K的超导体, 为实验上探索包含一维碳原子链的材料中是否可能存在超导电性、发现新的超导体提供了理论依据. 如果理论所预言的Li₂C₂超导电性得到实验的证实, 这将是锂碳化物中转变温度最高的超导体, 高于实验观测到的LiC₂的1.9 K和理论预言的单层LiC₆的8.1 K超导转变温度.     

熔盐法制备BaPb0.75Bi0.25O3超导体

采用熔盐法成功制备出了BaPb0.75Bi0.25O3(BPBO)超导体,对其反应机理进行了研究,并对制得样品的晶体结构、形貌及超导电性进行了测试和分析.X射线粉末衍射及磁性测量结果显示,在较高反应温度(500℃和600℃)下制备的样品具有较好的单相性,无杂相,晶体结构属四方晶系.最高的超导转变温度可达11.6 K.     

3d金属离子Bi位替代对新型层状超导体Bi_4O_4S_3超导电性的影响

文章报道了3d金属离子X(X=Fe3+,Co3+,Mn4+)少量掺杂对新近发现的超导体Bi4O4S3结构及超导电性的影响.粉末X射线衍射数据表明,少量3d金属离子X的掺杂对晶格结构几乎没有影响.观察发现随着掺杂离子X半径的减少,超导转变宽度△Tc变窄,也就是少量3d金属离子X的掺入提高了Bi4O4S3的超导电性.3d金属离子X的部分掺入提高了Bi4O4S3超导转变温度是一个非常值得关注的现象.     

石墨插层化合物超导体研究进展

本文介绍了石墨层间化合物(GICs)超导体的发展及超导电性,重点结合GICs超导体的研究进展,特别是具有高超导转变温度(Tc=11.5 K)CaC6的研究,系统地分析和总结了当前GICs超导电性的研究现状,并对GICs超导体的发展进行一些展望.     

CrAs——第一个Cr基化合物超导体的发现

非常规超导体自发现以来便引起了凝聚态物理学家的广泛兴趣,诸如重费米子超导体,铜基高温超导体和铁基高温超导体等。这类超导体的一个基本特征是,当长程反铁磁序被抑制时会出现超导现象。而要破坏长程磁有序,除了掺杂不同元素以引入电荷载流子或者化学压力外,物理加压也是一种有效的调控手段。文章将介绍第一个Cr基化合物超导体——CrAs单晶通过物理加压首次实现超导电性的过程。当压力为8 kbar时,超导临界温度出现在2K,这时发生在常压下265 K的一级反铁磁相变被完全压制。在CrAs体系中,超导与反铁磁序之间的竞争关系说明CrAs是非常规超导体。CrAs的超导也为发现新型超导体打开了一扇大门。