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.     

氧化物超导体研究中的又一重大突破──T_c高于110K的超导体研制成功

1986年,J.G.Bednory和 K.A.Muller在La-Ba-Cu-O系首先发现了具有KNiF结构的氧化物超导体,超导转变温度约为35K.随后,人们对稀土-Ba-Cu-O体系进行了广泛的研究,合成了超导转变温度高于90K具有畸变有序钙钛矿型结构的YBaCuO超导体.1987年,C.Michel报道了超导转变温度为7-22K不含稀土的BiSrCuO超导体.相继日本、美国、中国报道了在Bi-Sr-Cu-O体系中得到了Tc高于84K,并在110K观测到具有明显抗磁性的超导体. 我们于 1988年3月1日 ,在一个新的体系,TI-Ba-Ca-Cu-O中获得了迄今超导转变温度最高的超导体.其零电阻温度为114K,并在1…     

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.     

原位法MgB_2-B_4C复相超导体合成及相含量调控研究

以B4C和Mg为原料合成的MgB2-B4C复相超导体具有高的临界电流密度(Jc)和高的超导转变温度(Tc),是一种有潜力的实用MgB2超导材料,其成相机理对复相MgB2超导体的相含量调控和磁通钉扎研究具有重要意义。结合经典烧结理论,研究了B4C-Mg真空固相烧结制备MgB2-B4C复相超导体的超导相形成和晶粒生长过程,给出了B4C-Mg的金斯特林格扩散模型和MgB2晶粒生长过程。通过选择B4C原料粒径,MgB2-B4C复相超导体超导相体积相含量在18%-88%范围可控。相含量88%的MgB2-B4C复相超导体临界转变温度达33.5K,转变宽度1.5K。10 K环境6T外场下电流密度可以达到1×104A/cm2,表明MgB2-B4C复相超导体具有良好的磁通钉扎行为。     

钾掺杂对三联苯的超导特性探寻

新型超导材料的设计合成及其超导机理的探索是目前凝聚态物理学领域的重要研究方向. 本文采用高真空热烧结方法制备了钾掺杂对三联苯粉末材料并表征了它们的晶体结构、分子振动、磁学及超导特性. X射线衍射图谱和拉曼光谱表明在烧结样品中除存在钾掺杂对三联苯和KH外, 还含有苯环重组的C₆₀和石墨成分. 拉曼光谱中部分峰位的红移进一步证实钾成功掺入对三联苯分子晶体中并将4 s电子转移到C原子上. 零场冷却磁性测量结果表明: 多数样品在整个温度测量区间表现为居里顺磁性, 但少数样品呈现出抗磁性, 而且在17.86, 10.00 和6.42 K三个温度点出现磁化率突降的反常行为, 其中17.86 K处的突降很可能源于钾掺杂C₆₀引起的超导转变, 而后两者可能与钾掺杂对三联苯导致的超导相关. 研究结果有助于理解金属掺杂芳香烃有机超导体这一新兴超导家族的晶体生长和物理特性, 同时也提供了一种低温制备C₆₀和石墨的新方法.     

高压下A15结构Nb_3Si合成条件的估计

目前,在新的超导材料的研究中,A15结构(A_3B型)化合物引起了广泛的兴趣,尤其是Nb族的A15结构超导材料都有很高的超导转变温度Tc,例如Nb_3Sn(18.3K),Nb_3(Al_(0.75) Ge_(0.25))(21.3K),而Nb_3Ge达到23K。 经验表明,在A15结构的超导体中,对同一的A原子,Tc一般随B原子质量下降而增加。例如:     

D5_c型Y_2C_3的高压合成

从经验中知道,高超导转变温度Tc的超导体,往往是在B1、D5_c和A15(或Nacl、Pu_2C_3和Cr_3Si)型结构的三种立方晶体材料中找到的.合成和研究这三种材料对探索高Tc超导体是很有意义的.我们曾用高压高温法研究过B1、A15型结构的超导材料,而用高温、高压法去研究Pu_2C_3型的材料有特定的意义.因为Pu_2C_3型(Th_xY_(1-x))_2C_3材料(Tc最高可达17K)是用高压高温法合成出来的.为了研究这种结构并摸索它的成相范围、合成工艺,首先选取二元的Pu_2C_3型结构的Y_2C_3,作为高温高压合成的对象.本文将给出初步结果.     

钴掺杂铁基超导单晶的超导体积分数测量

采用自助熔剂法生长了cm量级的NaFe_(1-x)Co_xAs系列高质量单晶.M-H测量结果表明NaFe_(1-x)Co_xAs属于第二类超导体,存在超导混合区.根据超导体的Meissner效应,超导样品处于下临界场范围内时超导体积分数为100%的特点,计算出了系列掺杂样品的超导体积分数,并与NaFe_(1-x)Co_xAs的相图进行了对比研究,结果表明单晶样品超导体积分数越大,其超导转变温度越高,超导性能也越好.     

采用扩散法制备高临界电流密度的MgB2块材研究

采用一种新的Mg扩散方法,在常压下成功制备出致密的MgB2超导块材,样品密度最高达1.95 g/cm3,并得到了最佳的热处理条件.采用X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)和超导量子干涉仪(MPMS)分别对样品的物相,微观结构和超导性能进行了表征.结果表明:纯的MgB2在5×10-3 T的外场下,起始超导转变温度(Tc)为38.1 K,转变宽度仅0.9 K;10 K自场下临界电流密度(Jc)值达0.53 MA/cm2.此外,纳米Pr6O11或C掺杂能显著改善MgB2的实用化性能,其中15at.%C掺杂的MgB2(MgB1.85C0.15)在10 K,6 T下,Jc高达104 A/cm2.     

压力下超导RbBSi化合物的预测（英文）

对RbBSi化合物在0～100 GPa压力范围内进行了广泛的群体智能结构搜索。提出了RbBSi的3种不同相,并通过第一性原理计算了其稳定性、电子结构和潜在的超导电性。在所研究的压力范围内,所有预测相在热力学和动力学上都是稳定的。3个相的能带都穿过费米能级,表明结构具备金属性。此外,P4/nmm-RbBSi在常压下的超导转变温度为14.4 K。这项工作加深了人们对碱金属硼硅化合物在超导体领域的理解,有望拓宽碱金属硼硅化合物在超导体领域的应用。     

不同碱金属叠氮化物对层状晶体β-MNCl(M=Zr,Hf)电子掺杂的影响

通过使用各种不同的碱金属叠氮化物RN3(R=Li,Na,K,Rb)与层状晶体βMNCl(M=Zr,Hf)发生反应,并控制RN3与βMNCl反应的摩尔比对βMNCl进行电子掺杂.所有的生成物都显示了超导性,βZrNCl系列的起始超导转变温度均为13.5K,而βHfNCl系列的起始超导转变温度均为23.5K.但是,不同的碱金属叠氮化物具有不同的可反应性,其反应产物也具有不同的性质,例如超导体积百分率、晶格常数、热稳定性和在空气中的稳定性等都和碱金属离子有关.SQUID测试结果表明,NaN3和KN3分别是βZrNCl和βHfNCl最好的电子掺杂反应剂.     

Tl_4Ba_3Ca_3Cu_4O_y系统的超导电性和磁化反常

Tl_4Ba_3Ca_3Cu_4O_y 氧化物超导体中存在100K 和120K 两个超导相.测量电流为10mA 时,零电阻超导 T_c 为119K.DC 磁化结果表明:在77K 时不可逆场约为2200O_e,冻结磁通密度11.6G,样品是弱钉扎Ⅱ类超导体.Meissner 效应测量结果表明:Meissner 信号的61%是120K 相的贡献,39%是100K 相的贡献.超导体积的上限和下限的比较,不同磁场和测量电流的 R(T)超导转变以及磁化反常表明:我们的样品中存在着大量的弱连接超导电性,并构成邻近效应超导体,研究了它的日 H_(c2)(T).并由邻近效应超导体的磁化曲线演算出它的超导参量.     

MgB2超导体含碳掺杂研究进展

MgB2超导体具有临界转变温度39 K、原材料廉价及制备工艺简单等优点,被认为是MRI中已用超导体最好的替代者.但是临界电流密度(Jc)随外加磁场增大下降较快的这一问题极大的阻碍了其实际中的应用.实验结果表明:采取掺杂的方法来提高MgB2的超导电性尤其是高场下Jc值是一条有效的途径,本文概述了用单质碳和含碳化合物对MgB2超导体进行掺杂从而提高其超导特性的最新研究工作,具体介绍了掺杂物颗粒大小、掺杂量以及烧结温度等参数对MgB2超导电性的影响.研究表明:在碳单质掺杂中纳米级碳颗粒和碳纳米管具有比较好的掺杂性能,可以大幅度提高高场下的Jc值;在含碳化合物中,用纳米级SiC进行掺杂不仅可以大幅度提高高场下的Jc值,而且相比碳单质有更高的Tc值.根据目前的研究结果,最后本文对MgB2超导体掺杂研究的未来发展趋势进行了展望.     

铁基超导体的角分辨光电子能谱研究进展

最近发现的超导转变温度高达55K铁基高温超导体结束了铜氧化物在超导转变温度高于40K的领域一统天下的局面.与铜氧化物高温超导体一样,超导配对对称性对于理解这一新的体系有着重要的作用.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,全面地研究了铁基材料的能带结构和费米面以及它们随载流子掺杂浓度变化的演化过程,发现了铁基超导体中依赖费米面的无节点的超导能隙,指出了费米面间的相互作用对超导配对起着关键作用.     

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.     

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。     

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。     

关于掺杂C60超导体超导电性的一种可能机制

本对掺杂Ｃ６０超导体建议了一种可能的超导机制，即巡游载流子与局域电子对相互作用，此机制对Ｒｂ３Ｃ６０的超导转变、磁场穿透深度、相干长度、热力学临界磁场以及Ｔｃ处的经热跳跃作了计算，结果和实验基本一致，掺杂Ｃ６０超导体与高温氧化物超导化玎比更多地表现出传统ＢＣＳ超导体行为，对此进行了讨论。     

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 ,…     

布基球的超导临界温度已经达到52K

自 1990年能用简单的方法大量制备出由 6 0个碳原子构成的“布基球”Ｃ60 之后 ,出现了研究布基球Ｃ60 的热潮 .次年报道了发现掺入碱金属原子的Ｃ60 晶体具有超导性 ,其临界超导温度不超过 33Ｋ ,而且随掺杂剂而变 .在掺有碱金属原子的Ｃ60 晶体中 ,碱金属原子把电子让与Ｃ60 的晶格 .但是 ,人们预期空穴掺杂的布基球具有甚至更高的临界温度 ,虽然直到现在 ,还没有人能够加入掺杂剂来把电子从Ｃ60 分子拉走 ,由此得到空穴掺杂的布基球 .去年 ,美国Ｂｅｌｌ实验室的研究人员进行了制备空穴掺杂的布基球的尝试 .他们直接把空穴注入Ｃ60 晶体…