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.     

K_(0.8)Fe_2Se_2晶体c轴向载流子输运特性的研究

成功制备了超导临界温度为27 K的K0.8Fe2Se2晶体,并详细研究了晶体c轴向的载流子输运特性.结合X射线衍射、光学显微镜下的形貌、变温电阻率的测试结果表明,样品存在有"相分离",但是这类层状铁基超导体材料的两个相不是简单沿c轴向层状交替排布的,而应该是沿着c轴向存在弱联系的金属相链接通路,金属相部分形成近3维的空间网状链接模式.热导率测试和复阻抗谱z(ω,T0)的研究表明超导晶体沿着c轴方向存在有大量的相界面,所束缚的极化电荷致使相对介电常数达到106数量级,相应地在10 MHz附近出现负的相位特征.     

高纯度超导氧化物RuSr2GdCu2O8的合成与超导电性

RuSr2GdCu2O8据报道是转变温度为30－40K的超导体，其合成的主要问题是，在合成过程中有相当多的铁磁性的SrRuO3杂相伴随着主相一起生成，本文报道了合成RuSr2GdCu2O8（Ru-1212相）纯相的新方法，即在O2和水蒸气气氛中首先合成纯相的Sr2GdRuO6(Ru-211相）先驱物，然后Sr2GcRuO6与CuO高温烧结，生成RuSr2GdCu2O8。合成的RuSr2GdCu2O8电阻为半导体温度行为，该体系的超导转变与生成的杂相有关。     

同时具有CuO2层和Fe2Se2O层的新型结构Pr4CuO7Fe2Se2的设计与电子结构研究

铜氧化物高温超导体和铁基高温超导体的发现,打破了基于电声耦合机理的BCS所预测的超导转变温度极限,使得人们对于超导材料的研究进入新的阶段。两者具有相似的层状结构,在掺杂引入载流子的情况下能够产生超导现象。本文报道基于已有的铜氧化物超导体Pr2CuO4和具有类超导体结构的Pr2O3Fe2Se2系列化合物,设计出一系列超导候选材料Pr4CuO7Fe2Se2,并对其电子结构进行了基于密度泛函理论的第一性原理计算研究。计算的能带结构和态密度表明,Pr4CuO7Fe2Se2整体表现出弱导电性,与已有超导体类似;具有明显的各项异性,同样为层状结构,Fe2Se2O层和CuO2层均表现出导电性,被Pr2O2层分离开,其中费米能级附近Fe2Se2O层对态密度的贡献较大,Pr2O2层几乎无导电性,z轴方向则表现出绝缘体特性。新设计结构的整体表现如同Pr2CuO4和Pr2O3Fe2Se2的结合,但是CuO2层和Fe2Se2O层的活跃能级区域又有所不同,这就使得同一环境下,单一物质中,对比研究两种层状结构的物理表现成为一种可能。     

铁基K0.8Fe2-ySe2体系的单晶生长与结构研究

本文报道了采用自助溶剂法对不同组分K0.8Fe2-ySe2单晶生长和结构研究的实验结果.X-射线衍射XRD(Cu靶和同步辐射)结构分析表明样品中存在两套衍射峰(分别对应相1和相2),相1能够用ThCr2Si2结构,空间群I4/mmm(No.139)指标化,对应超导相.而相2能够用单一米勒指数(0 0l)标定,可能对应一个新的物相.相2的存在能够在不同组分的KxFe2-ySe2单晶样品中很好的重复.利用高分辨透射电子显微镜(TEM)研究了K0.8Fe2Se2样品的"结构相分离"特征,结果表明样品中存在明显的位错缺陷,可能与两相结构的竞争有关.对K0.8Fe2Se2单晶样品直流磁化测量表明相2可能为弱铁磁性,从而引起高温Tp～125K的ZFC与FC磁性反常.     

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.     

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。     

FeSe基超导单晶与薄膜研究新进展:自旋向列序、电子相分离及高临界参数

FeSe基超导体的超导临界温度可大范围调控,物理现象丰富,是非常规超导机理研究的热点.由于较高的超导临界参数及易于加工等特点,FeSe基超导体在超导应用开发方面也日益受到重视.大尺寸高质量的单晶和薄膜形态的FeSe基超导材料,对于相关基础科学研究和应用开发都极为重要.作者近年来先后开发和发明了水热离子交换（ion-exchange）、离子脱插（ion-deintercalation）、基底辅助水热外延生长方法,成功解决了二元FeSe和插层（Li,Fe）OHFeSe超导体高质量单晶和薄膜的生长和物性调控难题.进而在相关物理问题的研究中取得新进展,包括发现二元FeSe中自旋向列序与超导电性密切相关,观测到（Li,Fe）OHFeSe中的电子相分离现象.此外,（Li,Fe）OHFeSe超导薄膜呈现很高的超导临界电流密度和上临界磁场,其应用前景值得关注.     

FeSe超导材料相变机理研究

本文采用固相烧结法制备FeSe超导材料,通过对Fe-Se相图进行分析并结合DSC测量的数据,系统的阐述了四方相%-FeSe的形成过程;考察了烧结温度、冷却方式及初始块体密度对Fe-Se体系相转变过程的影响.实验结果表明:随着温度的升高,Fe-Se混合粉末中Se首先熔化生成-FeSe和Se的固溶体,并且由于Se浓度梯度的存在,Se与Fe在升温过程中持续反应,生成%-FeSe;而在冷却过程中,由于固溶体中Se的溶解度下降,Se逐渐向%-FeSe中扩散,-FeSe中的Fe含量增加达到某一临界值,初始生成的-FeSe逐渐转化成%-FeSe,最终得到超导相%-FeSe含量较高的样品.通过对不同温度烧结粉末的XRD谱线进行分析发现,%-FeSe初始形成的温度区间为350~400℃.缓冷方式比冰水淬火方式更有利于提高四方相的含量.在一定范围内,初始块体的密度越大,Se的扩散路径越短,烧结后得到的四方相含量较高.本文的研究为后续获得高超导相含量的FeSe基线带材的研究奠定了理论基础.     

超导简史

 超导现象最初是1911年由荷兰物理学家昂内斯(Onnes)发现的。1908年,昂内斯首次获得液化的氦,并且在液氦温度(4.2K)下研究各种物质的电学特性。他发现,在温度为4.2K时,汞的电阻突然消失。1933年,迈斯纳(Meissner)和奥森菲尔德(Os-chenfeld)发现,处于弱磁场中的超导体会将磁场从内部排斥出来(见图1),这就是迈斯纳效应。1945年,俄罗斯物理学家阿卡迪也夫(Arkadiev)利用这一特性首次演示了将一块小的条形磁铁悬浮于超导体的上方的实验(见图2)。随后而来的几十年,其他超导材料--金属、合金、化合物的超导材料相继找到。     

VO2薄膜对TEACO2激光响应特性的实验研究

报道了ＶＯ２薄膜在ＴＥＡＣＯ２激光照射下的相变特性的实验研究，结果表明：对于本文镀制的ＶＯ２薄膜，在偏置温度为５２℃条件下，ＴＥＡＣＯ２激光入射能量密度为１５０ｍＪ／ｃｍ＾２时，可使ＶＯ２薄膜发生相变，响应时间，５０ｎｓ，恢复时间≈２００μｓ。     

Observing SU(2) phases with neutrons

We present an overview of polarized neutron experiments observing SU(2) phases. The first experimental separation of geometric and dynamical phases, the explicit verification of Pauli anticommutation and the first observation of interference amplitudes and phases in noncyclic evolutions are described. These experiments elucidate the physics of phases and phase jumps propounded by the Pancharatnam connection.     

Bi_2Sr_2CaCu_2O_8单晶中的反常尖锋效应

使用牛津震动样品磁强计 (VSM)研究了Bi2 Sr2 CaCu2 O8单晶的磁滞回线 .在 2 0到 40K温度之间发现了反常的尖锋效应 ,随样品O含量的增加 ,发生尖锋效应的外场也相应提高 .可以认为在尖峰效应处发生了由涡漩物质的有序固态到无序固态的相变 ,在有少量点缺陷存在的BSCCO单晶相图上 ,Bsp线终止于 2 0K温度处 ,在 2 0K以下温区没有发生准格子到涡漩玻璃的相变 ,涡漩固相始终以准格子形式存在 ;可以认为尖峰效应是外场、温度、无序的复杂函数     

SiO2薄膜的液相沉积及特性

将基片浸入到低温SiO2过饱和的六氟硅酸（H2SiF6)溶液中,在其表面上沉积SiO2薄膜,这种新的生长工艺称之为液相沉积（LPD）。本文着重介绍LPD工艺及LPDSiO2薄膜的特性。     

Pressure effect on magnetic phase transition and spin-glass-like behavior of GdCo_2B_2

We systematically investigate the effect of pressure on the magnetic properties of GdCo_2B_2 on the basis of alternating current(AC) susceptibility,AC heat capacity and electrical resistivity measurements under pressures up to 2.2 GPa.A detailed magnetic phase diagram under pressure is determined.GdCo_2B_2 exhibits three anomalies that apparently reflect magnetic phase transitions,respectively,at temperatures T_C= 20.5 K,T_1= 18.0 K and T_N= 11.5 K under ambient pressure.Under pressures up to 2.2 GPa,these anomalies are observed to slightly increase at T_Cand T_1,and they coincide with each other above 1.6 GPa.Conversely,they decrease at T_N and disappear under pressures higher than 1.4 GPa.The results indicate that the low-temperature magnetic phases can be easily suppressed by pressure.Moreover,the spin-glass-like behavior of GdCo_2B_2 is examined in terms of magnetization,aging effect and frequency dependence of AC susceptibility.A separation between the zero-field-cooled(ZFC) and field-cooled(FC) magnetization curves becomes evident at a low magnetic field of 0.001 T.A long-time relaxation behavior is observed at 4 K.The freezing temperature Tfincreases with frequency increasing.     

SiO2薄膜的液相沉积及特性

将基片浸入到低温SiO₂过饱和的六氟硅酸(H₂SiF₆)溶液中,在其表面上沉积SiO₂薄膜。这种新的生长工艺称之为液相沉积(LPD)。本文着重介绍LPD工艺及LPD SiO₂薄膜的特性。     

低温拉曼光谱研究二氧化钛纳米晶的相变

本文通过对二氧化钛纳米晶在-190℃温度的低温拉曼光谱的研究,得到了在二氧化钛纳米晶聚集体中,可以发生锐钛矿到板钛矿然后到金红石和/或直接到金红石的相变;也可发生板钛矿到锐钛矿然后到金红石和/或直接到金红石的相变。     

La2NiO4+δ体系相分离现象的低频内耗研究

La2NiO4+δ体系额外氧δ=0.071，0.110，0.135，0.140样品中存在着 一个间隙氧弛豫运动引起的低频内耗峰，其内耗峰峰位置随额外氧的增多向高温移动.而额外氧处于其间位 置δ=0.087样品中则出现了两个弛豫型内耗峰，分析认为它们源于体系相分离后形成的不同一维有序结构中间隙氧的跳跃. 此外，额外氧δ=0.038样品中也观察到两个弛豫型内耗峰，其中低温峰性质与上相同，而高温内耗峰则可能对应于体系相分离后形成的低温四方相中氧原子的跳跃弛豫. 关键词： La2NiO4 内耗 相分离     

CO2水合物在电解质溶液中的相平衡预测

关于二氧化碳水合物基础物性的研究,对二氧化碳置换开采天然气水合物和工业废气二氧化碳的深海埋藏具有重要意义。本文在Van der Waals-Platteeuw理论和Pizter的电解质模型的基础上,考虑了电解质和温度对二氧化碳在水中溶解度的影响,从理论上对水合物相平衡模型进行了修正,提高了预测的精度。本文预测了二氧化碳水合物在NaCl、KCl、CaCl₂、MgCl₂的一元及二元溶液体系中的相平衡条件,预测的最大压力误差7.92%,平均压力误差在1%～3%之间。结果表明,本文的理论预测结果和实验数据吻合较好。     

Mg-Cu-B熔体中MgB2超导化合物的析出

为了解决MgB2单晶制备过程中存在的镁的蒸气压问题和镁的氧化问题,克服传统制备方法中对实验条件要求高,操作过程繁琐的缺点,本文采用高频感应熔炼技术,通过选取两种共晶成分的Mg-Cu和Cu-B合金,成功熔配成Mg25Cu65B10的三元合金.分析结果表明,熔配合金组织中有～40 μm的MgB2相从合金熔体中直接析出,结合热力学分析对MgB2的析出机理进行讨论.