新超导体MgCNi3的虚晶掺杂研究

用全势线性缀加平面波方法,考虑局域自旋密度近似研究虚晶掺杂MgCNi₃的超导电性和磁性.计算了自旋极化能带结构、体弹性模量和它对压力的导数、原子磁矩m及其变化率.计算结果表明，对于电子掺杂的Mg_1-xAl_xCNi₃(0≤x≤0.5)，超导电性和磁涨落随掺杂量的增加逐渐减小.空穴掺杂的Mg_1-xNa_xCNi₃,在x＝0.12处出现铁磁相变，超导电性消失.在MgCNi₃少量空穴掺杂区域(0≤x<0.12)，表现为超导与磁涨落共存的不稳定状态. 关键词： 超导电性 能带结构 态密度 磁性     

高压下Nb3Sn单晶的超导相转变

研究高压下Nb₃Sn单晶的超导相转变行为对探究力学变形诱导的材料超导性能弱化机理有重要意义。通过分子动力学模拟研究了Nb₃Sn单晶在高压下的原子尺度变形和晶体结构变化,在此基础上,建立了高压下Nb₃Sn单晶的超导相转变模型,模型预测结果与实验观测结果吻合较好。结果表明:静水压作用下,Nb₃Sn单晶体发生了明显的晶格畸变,但晶体结构保持完整;压力诱导的费米面上电子态密度的变化在高压下Nb₃Sn单晶体超导相转变中起主导作用。所得研究结果为研究高压下Nb₃Sn多晶体以及复合多晶体的相转变行为奠定了基础,同时有助于进一步认识Nb₃Sn材料超导性能的弱化机理。     

高压下TiO2纳米线晶粒和晶界性质及电输运行为

采用水热合成法制备了锐钛矿相TiO₂纳米线,并通过原位高压阻抗谱测量技术研究了TiO₂纳米线晶粒和晶界性质及电输运行为随压力的变化关系.研究结果表明:在0—34.0 GPa压力区间,锐钛矿TiO₂纳米线的传导机制为电子电导.TiO₂纳米线晶粒和晶界电阻以及弛豫频率在8.2—11.2 GPa压力区间均出现了不连续变化行为,此压力区域对应着由锐钛矿相到斜锆石相的结构转变,并且相变从晶粒表面逐渐延伸到晶粒内部.晶粒激活能和晶界激活能均随压力的增加而减小,说明压力对样品电导率的贡献为正.在所测压力范围内,空间电荷势始终为正值,表明在空间电荷区阴离子缺陷更易形成,氧缺陷是TiO₂纳米线相变的主要诱因.     

高压下缺陷对锐钛矿相TiO2多晶电输运性能的影响:交流阻抗测量

采用高压原位阻抗谱测量技术对锐钛矿Ti O₂多晶的电输运性质进行了系统研究.在6.4, 11.5和24.6 GPa压力处发现了晶粒和晶界的电阻、参数因子和弛豫频率的反常变化行为.研究分析表明:6.4和11.5 GPa压力点分别对应着Ti O₂由锐钛矿转变为a-Pb O₂,再转变为斜锆石的结构相变,当压力高于24.6 GPa时,Ti O₂完全转变为斜锆石相.通过分析晶粒和晶界电阻在压力作用下的变化行为可知,本征缺陷的存在对Ti O₂高压下电输运性质的变化起着关键的作用.在6.4 GPa压力处,相变的发生导致缺陷的作用发生了变化,由作为复合中心的深能级缺陷转变为向导带和价带提供载流子的浅能级缺陷,并且作为浅能级缺陷存在至实验最高压力点38.9 GPa,浅能级缺陷在能带中的位置也随着相变发生而改变.晶粒和晶界的激活能随着压力升高而降低,表明高压下载流子在晶粒和晶界的输运变得更加容易.此外, Ti O₂晶粒和晶界的弛豫频率比值随压力的升高而不断减小,高压下的晶界效...     

插层FeSe高温超导体的高压研究进展

通过对FeSe进行化学插层可以将其超导转变温度（T_c）从约8 K提高到40 K以上,实现高温超导电性.最近,我们对两种插层FeSe高温超导材料（Li_0.84Fe_0.16）OHFe_0.98Se和Li_0.36（NH₃）_yFe₂Se₂开展了高压调控研究,发现压力会首先抑制高温超导相（称为SC-I相）,然后在临界压力P_c以上诱导出第二个高温超导相（称为SC-Ⅱ相）,呈现出双拱形T-P超导相图.这两个体系的P_c分别约为5和2 GPa,两个体系SC-Ⅱ相的最高T_c分别可以达到约52和55 K,比相应SC-I相的初始T_c提高了10 K.对（Li_0.84Fe_0.16）OHFe_0.98Se的正常态电输运性质分析表明,SC-I和SC-Ⅱ相的正常态分别具有费米液体和非费米液体行为,意味着这两个超导相可能存在显著差异.此外,还发现这两个体系的SC-Ⅱ相的T_c与霍尔系数倒数1/R_H（∝载流子浓度n_e）具有很好的线性依赖关系.对（Li_0.84Fe_0.16）OHFe_0.98Se的高压X射线衍射测量排除了其在10 GPa以内发生结构相变的可能,因此P_c以上SC-Ⅱ相的出现和载流子浓度的增加很可能起源于压力导致的费米面重构.     

三重兼并费米子拓扑半金属MoP高压超导相的低压截获

碳化钨结构的三重兼并费米子拓扑半金属MoP高压下发生超导转变，然而，高压超导相能否在低压甚至常压截获尚不清楚.本文对两个密封于金刚石对顶砧中的MoP高压超导相在室温条件下进行快速卸压，通过测量低温电阻对温度的依赖关系，验证能否在低压甚至常压截获高压超导相.实验结果表明：初始压力61.5 GPa的样品#1,超导电性可截获的最低压力为44.2 GPa;初始压力95.0 GPa的样品#2,超导电性可截获的最低压力为3.5 GPa.     

低掺杂La1-xSrxMnO3结构相变对其电磁特性的影响

高温高压条件下，低掺杂的La_1-xSr_xMnO₃化合物发生从菱方相(R3c)到立方相的转变，该相变使其从低温时的绝缘态(极化子有序)转变为金属态.同时，随温度的降低，局域锰离子的自旋也从铁磁长程有序变成了只有短程序结构的自旋玻璃态.这种转变是由于相变引起的Mn—O—Mn键角及Mn—O键长的改变所引起. 关键词：     

掺杂MgCNi3超导电性和磁性的第一性原理研究

从第一性原理出发，计算了MgCNi₃的电子能带结构.MgCNi₃中C 2p与Ni 3d轨道杂化使穿梭费米面上的Ni 3d能带表现出平面性，费米面落在态密度范霍夫奇异(vHs)峰的右坡上.vHs峰上大的电子态密度和铁磁相变点附近的自旋涨落是决定MgCNi₃超导电性的重要因素.研究了三种替代式掺杂对其超导电性和磁性的影响，发现电子掺杂使费米能级下滑到态密度较低的位置，导致体系转变为无超导电性的顺磁相；同构等价电子数的金属间化合物的轨道杂化，引起费米面上态密度的减少，降低了超导电性；而空穴掺杂使费米面向vHs峰值方向移动，虽然费米面上电子态密度增大可能提高超导电性，但增强了的Ni原子磁交换作用产生铁磁序，破坏了超导电性. 关键词： 电子结构 超导电性 磁性 掺杂     

高温超导薄膜中的涨落超导电性及其维度

对RBa₂Cu₃O_7-δ(R=Y,Gd)超导薄膜电阻温度关系的仔细测量,观察到在T_c附近有相当强的超导涨落现象,研究发现,多晶和外延的YBa₂Cu₃O_7-δ薄膜在T_c以上均呈现出2D涨落超导电性;而当温度趋向于T_c时,有—2D向3D的转变发生,这与Lawrence-Doniach理论很好地相符,实验中还发现,一 关键词：     

固体氢在极端压强下的超导性能

氢元素在常压下具有最简单的晶体结构和物理性质。随着压强增加,氢单质发生相变,由绝缘体转变为金属,被称为金属氢。数值模拟表明,金属氢具有高温超导电性,因此,金属氢研究也被称为高压物理领域的“圣杯”课题。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对固体氢在极端高压(0.5～5.0 TPa)下的结构和超导电性开展了系统研究。研究结果表明：固体氢的高压相变序列为I4₁/amd→oC12→cI16;对于同一种结构,随着压强增加,电声耦合系数减小,费米面处电子态密度减小,特征振动频率增加,超导转变温度发生小幅变化;在2.0 TPa压强下,固体氢的超导转变温度高达418 K(库伦赝势经验值μ^*=0.10)。研究工作将为金属氢及其超导电性的后续理论和实验研究提供参考。     

第二类拓扑外尔半金属WP2高压超导相的常压截获

第二类拓扑外尔半金属WP₂高压下发生超导转变,然而,高压超导相能否在常压截获还没有相关报道.本文对密封于金刚石对顶砧中的WP₂高压超导相在室温条件下快速卸压至不同压强,原位测量电阻-温度曲线,验证能否在常压截获高压超导相.研究表明：WP₂的高压超导相可以在常压截获,从而提供了一个通过角分辨光电子能谱和扫描隧道谱探寻马约拉纳零能模的拓扑超导体材料平台.     

BaF2高压相变行为的第一性原理研究

通过理论计算研究了BaF₂在高压下的晶体结构及物理性质.结果表明,在3.5和18.3 GPa,BaF₂依次经历了Fm■m-Pnma-P6₃/mmc两次结构相变,相变过程伴随着体积的塌缩,均为一级相变.约15 GP时,Pnma相晶轴压缩性出现异常,表现为随压强增大,晶轴b_o轻微增加,a_o略微减小.对其电子态密度进行分析发现,在16 GPa以后,由于F1原子的p_y+p_z与p_x轨道电子离域,导致其带隙随压强增加而降低.在约20 GPa时,Pnma相完全转变为P6₃/mmc相,相变完成.对BaF₂的拉曼峰位随压强变化进行了计算,为其高压拉曼光谱行为提供了相应的理论依据.计算了P6₃/mmc相在不同压强下的声子色散曲线,揭示了其卸压过程中的滞后机制,计算结果还预测该物相至少可以稳定到80 GPa.     

压力诱导CsCu2I3不可逆非晶化和金属化

近年来，压力作用下卤化物钙钛矿的结构和性质引起了科学家们的极大兴趣。然而，对于高压下钙钛矿非晶相的潜在性质和应用仍缺乏深入系统的研究。利用金刚石对顶砧，结合原位高压同步辐射X射线衍射、原位高压拉曼光谱、高压变温电学测量技术，对准一维卤化物钙钛矿CsCu₂I₃在高压下的非晶化行为进行了系统的研究。结果表明：CsCu₂I₃在35.9 GPa以上开始出现可逆的压致非晶化，形成低密度的非晶态Ⅰ相；在更高压力下，发生由低密度到高密度的非晶转变，形成非晶态Ⅱ相，并可以截获至常压条件。进一步的电学实验表明，136.0 GPa时，CsCu₂I₃发生了由绝缘体向金属相的转变，对高压下金属相的非晶态进行卸压电阻测试，发现其金属特性至少可稳定至90.0 GPa。这些结果为进一步探索非晶钙钛矿的潜在性质和应用提供了重要的科学依据。     

CaF2纳米晶粒结构相变行为的尺寸依赖性（英文）

利用原位高压同步辐射X射线衍射方法,对尺寸为11 nm的CaF₂纳米晶粒进行高压结构相变和压缩特性研究。当压力为12 GPa时,观察到由萤石结构向α-PbCl₂结构转变的一次相变,该相变压力点远高于体材料,但略低于粒径更小的CaF₂纳米晶体。相比体材料,纳米尺寸的CaF₂样品的体弹模量更大,说明其更难被压缩。当压力释放至常压时,11 nm的CaF₂纳米晶粒的α-PbCl₂型亚稳相结构被保留下来,相变不可逆。分析了影响11 nm CaF₂纳米晶粒独特高压行为的原因,判定尺寸效应为主要因素,该尺寸下较高的表面能导致结构稳定性增强和体积模量增加。     

低温凝聚InSb膜相变过程中的时间效应和超导电性

本文研究了低温凝聚InSb膜相变过程中出现的时间效应和超导电性,获得了几个重要结果:(a)低温凝聚InSb膜从发生第一次电导跃变以后到第二次电导跃变之前,样品处于同一非晶金属态,并且具有相同的超导转变温度T_c;(b)T_c和退火温度T_a的关系十分类似于电导随T_a的变化关系;(c)随着第二次电导峰值后的电导下降,在某些特殊的相变区R(T)超导转变中,样品由完全的超导电性逐渐过渡到部分的超导电性;(d)相变过程中存在显著的时 关键词：     

LaAlO3/SrTiO3异质界面磁场调控的反常金属态

自LaAlO₃/SrTiO₃异质界面发现高迁移率的二维电子气以来,其二维超导电性、界面磁性和自旋轨道耦合等诸多物理性质已经被广泛研究.对于二维超导体,零温下超导-反常金属相变的起源仍然是一个悬而未决的问题.传统理论认为在超导-绝缘量子相变中只存在2种基态,即库珀对的超导基态和绝缘基态.然而在研究超导颗粒膜中超导电性的演化与厚度和温度的关系时发现,存在一个中间金属态破坏了超导体和绝缘体之间的直接过渡.这种中间金属态的标志性特征是,在超导转变温度之下存在饱和的剩余电阻,与之对应的基态称作反常金属态.本文主要对在LaAlO₃/SrTiO₃(001)异质界面磁场诱导的超导-反常金属量子相变进行了系统的研究.在没有外加磁场的情况下,电阻-温度(R-T)曲线和电流-电压(I-V)特性曲线表明样品在超导转变温度之下处于超导态.外加磁场会导致样品在低温下出现饱和电阻、正的巨磁阻和低电流范围内的线性I-V曲线.另外,霍尔电阻在一定的磁场之下会出现零电阻平台,而此时纵向电阻不为零,表现出明显的玻色金属态的特征.研究结果...     

A3C60超导体的研究

 1991年5月,Bell实验室的A.F.Hebard等人首次在掺钾的C₆₀中观察到高达18K的超导电性.于是,这项研究结果在全世界掀起广泛的研究热潮,成为近年高温超导研究领域中又一热点.本文扼要介绍C₆₀掺杂实验的物性测量结果,引起C₆₀超导的几种可能机制及对C₆₀掺杂研究的意义.一、A_xC₆₀的掺杂实验及物性测量结果Hebard等人发现掺钾的C₆₀高达18K的超导电性是在9GHz频率下,用微波损耗测量样品的电阻率随温度的变化时观察到的.当样品冷却到约20K时,电阻率略有增加,后又降低,直到5K时电阻率降为零.超导转变宽度为4.6K,4K时临界电流密度为40A/cm².用SQUID磁强计测量证明了它的超导转变为18K.     

常温高压条件下硬石膏相变的原位拉曼光谱研究

硬石膏（CaSO₄）是地球上分布最广的硫酸盐矿物之一,为研究硬石膏向高压硬石膏转变的压力条件和相变机理、确定硬石膏拉曼光谱压标的适用范围,实验结合水热金刚石压腔和激光拉曼光谱实验技术,研究了常温高压条件下硬石膏的相变过程以及硬石膏和高压硬石膏的拉曼光谱特征。实验结果显示,常温条件下硬石膏向高压硬石膏发生相变的压力在2.3 GPa左右,但是该相变压力在增压和降压过程中存在较大差异,表明硬石膏与高压硬石膏的转变过程存在明显滞后性,证实了该相变过程属于重建型相变。由于重建型相变的控制因素除了温度和压力之外,还包括相变的速率以及矿物结构的亚稳定性等,从而很好地解释了不同实验者获得的硬石膏与高压硬石膏的相变压力之间存在的巨大差异。与硬石膏相比,高压硬石膏的拉曼光谱特征表现为SO₄对称伸缩振动（ν₁）从1 128.28 cm-1突然下降至1 024.39 cm-1,同时对称弯曲振动（ν₂）分裂为441,459和494 cm-1三个峰,反对称伸缩振动（ν₃）分裂为1 136,1 148,1 158和1 173 cm-1四个峰,反对称弯曲振动（ν₄）也分裂为598,616,646和671 cm-1四个峰,可以作为判定硬石膏进入高压相态的有效标志。与硬石膏相比,高压硬石膏SO₄振动产生的拉曼峰数量更多、强度更低,表明影响SO₄振动的原子更多、分布更加复杂,这与高压硬石膏晶体结构（独居石结构,单斜晶系）的对称性比硬石膏（斜方晶系）更低相吻合。在硬石膏结构稳定的压力范围内（常压至2.3 GPa）,硬石膏SO₄拉曼振动中除了ν_2,416的振动频率变化不显著以外,其余振动均随着压力的升高以稳定的速率向高波数方向移动,同时谱峰的强度、形态和半高宽没有明显改变,从而保证了不同压力下硬石膏的拉曼峰具有一致的拟合误差和压力标定精度。同时,还通过方解石ν_{1,1 085}拉曼峰随压力的变化速率、方解石向CaCO₃-Ⅱ以及CaCO₃-Ⅱ向CaCO₃-Ⅲ的相变压力对硬石膏压力标定结果进行检验,确定了硬石膏压标的可靠性。     

3C-SiC高压相变的理论研究

基于GGA近似使用第一性原理方法对3C-SiC的ZB至NaCl相的高压相变过程进行了研究，得出中间过渡相的最高对称性为Imm2(而此前有研究认为是Cmm2和Pmm2)，激活焓计算值为0.647eV，与Catti等人的结果很接近.尽管如此，计算的相变压力为69GPa仍然比实验值100GPa小很多,可能是由于实验中的相转变具有较大的滞后性.对相变压力时两相的能带结构也作了计算和分析，可以得出相变过程除几何结构的重构之外还伴随着半导体—金属的电子转变，这对于实验上准确判断相变点有一定的指导意义. 关键词： 高压相变 第一性原理 3C-SiC 激活焓     

四方相PbTeO3晶体在高压下的压缩行为

利用水热法在230℃以及水的饱和蒸汽压条件下合成出毫米尺寸的四方相PbTeO₃单晶样品,并研究了其晶体结构、微观形貌、热稳定性等性质。利用金刚石对顶砧和同步辐射原位X射线衍射技术,探讨了该四方相PbTeO₃晶体在高压下的压缩行为,发现在0～37 GPa的压力范围内四方相PbTeO₃无相变发生。拟合该PbTeO₃样品的压力-体积数据,得到其体弹模量为B₀=42(1) GPa,体弹模量的一阶导数B’₀=5.5(0.2)。晶格参数随压力的变化显示,该晶体在c轴方向更易压缩。