高温超导体MgB_2的电子结构研究

用第一性原理能带理论计算了高温超导体MgB-2的电子结构.计算得出的电子能带说明MgB-2是一种宽能带化合物,价带主要由Mg和B原子s和p的杂化形成.费米能级处的态密度N(EF)是0.72(states/eV).根据这些结果,初步推断出MgB-2的超导电性的微观机制不可能是电子-声子耦合的BCS模型,而是有待于探索的新机制.     

CeO_2掺杂MgB_2超导材料的特性研究

以Mg粉、B粉、Ce O2粉末为原料,用真空固相反应法制备了系列按1Mg B2+x Ce O2摩尔量比Ce O2掺杂的样品,其中x=0,0.03,0.06,0.09,0.13,0.135,0.14。通过X-射线和扫描电子显微镜,分析了样品的成相和织构。除Mg B2和少量Mg O相外,在Ce O2掺杂的样品中还检测到了Ce B6和少量残留的Ce O2相。XRD的计算表明,随着Ce O2掺杂量的增加,Mg B2的平均晶粒尺寸受到了明显的压制,且Ce B6相含量增加。电阻-温度特性测量表明,掺杂量在x=0.06以内时,Mg B2的超导电输运特性无明显影响,正常态电阻率低,超导转变温度(Tc)超过38K,转变宽度($Tc)小于1K;掺杂量大于0.09以后,观察到正常态电阻率升高,超导电性快速退化;超过0.14后,尽管存在电阻转变,但在测量温度范围内已观测不到零电阻效应。实验除展示Ce O2掺杂抑制Mg B2的成相和晶粒生长外,同时表明晶粒尺度的大小和分布对Mg B2的超导特性影响显著。     

高温超导体MgB2的电子结构研究

用第一性原理能带理论计算了高温超导体MgB₂的电子结构.计算得出的电子能带说明MgB₂是一种宽能带化合物,价带主要由Mg和B原子s和p的杂化形成.费米能级处的态密度N(E_F)是0.72(states/eV).根据这些结果,初步推断出MgB₂的超导电性的微观机制不可能是电子声子耦合的BCS模型,而是有待于探索的新机制 关键词： 高温超导体 电子结构     

不同包套材料对MgB_2超导线材性能影响

采用原位粉末套管法(in-situ PIT)制备了不同包套材料的MgB2线材,前驱粉末按照Mg:B=1.1:2的比例将Mg粉和B粉混合均匀,分别装人低碳钢、316L不锈钢以及Monel管中,均拉拔至直径1mm,然后800℃保温10min.对烧结后的线材进行微观形貌、相成分以及超导电性的分析检测.结果表明,MgB_2/Monel线材内部粉体中生成MgNi_2相,使其临界电流密度减弱;MgB_2/SS线材由于MgB_2粒径较大,使其高场下的J_c值较差;MgB_2/Fe线材的超导电性最好,在10K,0T时J_c高达5.3×10~5 A/cm~2.     

Gd掺杂ErNi2B2C体系的超导和磁特性研究

本文研究了Gd掺杂对Er1-xGdxNi2B2C体系超导和磁转变行为的影响.随着稀土元素Gd逐步替代Er,体系的超导电性被强烈抑制,反铁磁转变温度逐渐升高.本文就Gd掺杂对体系超导和磁性的影响机制进行了讨论,并基于DG因子模型,对实验结果进行了分析.     

钡位Mg掺杂对YBa2Cu3O7-δ晶体结构和超导电性的影响

利用XRD对系列样品YBa2-xMgxCu3O7-δ的晶体结构进行研究,给出了体系相结构的掺杂效应,结果发现,随着掺杂量的增加(x=0～0.2),样品的晶体结构由正交相向四方相转变.同时采用四引线法对掺杂样品YBa2-xMgxCu3O7-δ的超导电性能进行了系统测量,结果表明随着Mg掺杂量的增加超导转变温度总体呈明显降低趋势.初步分析了Ba位Mg掺杂所引起的晶体结构变化对超导电性的影响.该研究结果为高温超导机理的进一步研究提供了实验资料.     

混合物理化学气相沉积法制备MgB_2单晶纳米晶片的研究

利用混合物理化学气相沉积法在石墨衬底上制备出了晶形为六角结构、厚度不同、径向尺寸不一的Mg B2单晶纳米晶片.利用纳米定向转移技术将此晶片转移到了碳支持膜铜网上,以便对其精细结构等物性进行表征.电输运测量和磁性测量结果都表明晶片具有超导电性:T c onset=38K,T c(0)=33K.扫描电子显微镜图像表明,晶片表面平整、厚度分布在几个纳米到200 nm之间,宽度从几微米到上百微米;高分辨透射电镜图像显示出晶片具有周期性晶格条纹.选区电子衍射数据与Mg B2已有的单晶衍射数据相符.这些测量结果证实了其确为高质量单晶Mg B2超导纳米晶片.本文不仅提出了一种全新的制备单晶Mg B2的方法,也观察到了纳米尺度Mg B2单晶的零电阻现象,为后续的磁通钉扎、纳米力学性能等领域的深入研究提供了合适的素材.     

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。     

掺杂Si/SiO_2界面电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在局域密度近似(LDA)下研究了B掺杂Si/SiO_2界面及其在压强作用下的电子结构和光学性质.能带的计算结果表明:掺杂前后Si/SiO_2界面均属于直隙半导体材料,但掺B后界面带隙由0. 74 eV减小为0. 57 eV,说明掺B使材料的金属性增强;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,发现随着压强不断增大,Si/SiO_2界面的带隙呈现了逐渐减小的趋势,并且由直隙逐渐转变为间隙.光学性质的计算结果表明:掺B对Si/SiO_2界面在低能区(即红外区)的介电函数虚部、吸收系数、折射率以及反射率等光学参数有显著影响,且在红外区出现新的吸收峰;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,随着压强增大,红外区的吸收峰逐渐消失,而在紫外区出现了吸收峰.上述结果表明,对Si/SiO_2界面掺B及施加正压强均可调控Si/SiO_2界面的电子结构与光学性质.本文的研究为基于Si/SiO_2界面的光电器件研究与设计提供一定的理论参考.     

电子型超导体Pr1.85Ce0.15CuO4-δ中Cu位V替代对超导电性的影响

本文研究了Pr1.85Ce0.15CuO4-δ(PCCO)中V4 离子替代Cu2 离子后对其超导电性的影响.Pr1.85Ce0.15Cu1-xVxO4-δ(x=0～0.10)电阻率测量结果显示:微量(x≤0.04)V4 离子替代Cu2 离子可以改善样品的超导电性;随着替代量的增加,体系的超导电性逐渐被抑制,x=0.08时超导电性消失.我们主要从样品的微观结构和载流子浓度两个方面的变化分析了V4 替代Cu2 对PCCO超导电性的影响机制.霍尔系数实验结果表明,替代量较少时,体系中载流子浓度随着x的增加而增加,有助于超导电性的改善,但是当替代量增加到一定程度时,晶格畸变程度的增大和顶点氧的出现,抑制了超导电性.     

新型超导体二硼化镁(MgB_2)基础研究及其应用展望

文章简要介绍了新型超导体二硼化镁的发现、研究进展和应用前景 .理论和实验都已经证明 ,二硼化镁的超导电性来源于电声子耦合 ,可以用具有S -波对称性波函数的BCS图像来描述 .然而在二硼化镁超导体中 ,人们发现有两个超导能隙 ,一个在 6meV ,另外一个在 2meV左右 ,它们同时在超导转变温度处打开 ,这给超导机理研究带来了一些新的内容 .在混合态物理方面 ,人们发现超导与正常态的边界线 (上临界磁场Hc2 )与磁通融化线(不可逆线Hirr)之间有很大的间隙 ,即使在绝对零度时也是如此 ,作者提出这可能是由于双能隙的结果或磁通物质的量子融化 .在应用方面 ,最有可能把它做成超导磁体 ,利用闭路循环制冷机制冷在 2 0K左右使用 ,这样极有可能取代现在医学上使用的核磁共振成像的液氦温度超导磁体     

硬度和电负性对掺杂二硼化镁体系临界电流密度的影响

依据Slater过渡态计算法计算出的元素的硬度和电负性作为标度,通过对二硼化镁及掺杂二硼化镁超导体硬度和电负性的计算,研究了二硼化镁及掺杂二硼化镁超导体硬度和电负性与临界电流密度的关系,发现其具有较好的规律性。由此,提出用硬度均衡值ηcq和电负性的平均效应值cχq作为提高掺杂二硼化镁超导体临界电流密度的一个新依据,对今后二硼化镁超导电性的改善有很好的指导意义。     

Definitive experimental evidence for two-band superconductivity in MgB2

The superconducting-gap of MgB2 has been studied by high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy. The results show that superconducting gaps with values of 5.5 and 2.2 meV open on the sigma band and the pi band, respectively, but both the gaps close at the bulk transition temperature, providing a definitive experimental evidence for the two-band superconductivity with strong interband pairing interaction in MgB2. The experiments validate the role of k-dependent electron-phonon coupling as the origin of multiple-gap superconductivity as well as the high transition temperature of MgB2.     

Prediction of high T(c) superconductivity in hole-doped LiBC

The layered lithium borocarbide LiBC, isovalent with and structurally similar to the superconductor MgB2, is an insulator due to the modulation within the hexagonal layers (BC vs B2). We show that hole doping of LiBC results in Fermi surfaces of B-C p sigma character that couple very strongly to B-C bond stretching modes, precisely the features that lead to superconductivity at T(c) approximately equal to 40 K in MgB2. Comparison of Li(0.5)BC with MgB2 indicates the former to be a prime candidate for electron-phonon coupled superconductivity at substantially higher temperature than in MgB2.     

MgB2超导多层膜的制备方案

简要叙述了MgB2的发展和制备历史,通过对不同衬底材料上MgB2的反应情况的总结概括以及对不同衬底材料和MgB2的晶体结构和晶格常量的比较,提出一种MgB2超导多层膜的制备方案.     

硅衬底MgB_2-B-MgB_2超导SNS约瑟夫森结的制备与特性

利用两步原位电子束蒸发技术,在Si(111)衬底上制备了MgB2-B-MgB2超导SNS约瑟夫森夹心结.夹心硼(B)层厚度从10nm到80nm范围内MgB2-B-MgB2/Si(111)薄膜表现出明显的SNS约瑟夫森结特性,而在5nm和100nm处薄膜分别是整体超导和正常金属特性.在同一温度下,随着硼层厚度的增加,临界结电流减小,对同一厚度下,临界结电流随着温度的增加而减小.同时,实验指出,夹心硼SNS超导MgB2约瑟夫森结的电流-电压(I-V)曲线具有回滞现象,符合SM模型.     

Three-dimensional MgB2-type superconductivity in hole-doped diamond

We substantiate by numerical and analytical calculations that the recently discovered superconductivity below 4 K in 3% boron-doped diamond is caused by electron-phonon coupling of the same type as in MgB2, albeit in three dimensions. Holes at the top of the zone-centered, degenerate sigma-bonding valence-band couple strongly to the optical bond-stretching modes. The increase from two to three dimensions reduces the mode softening crucial for T(c) reaching 40 K in MgB2. Even if diamond had the same bare coupling constant as MgB2, which could be achieved with 10% doping, T(c) would be only 25 K. Superconductivity above 1 K in Si (Ge) requires hole doping beyond 5% (10%).     

High-Tc superconductivity in superhard diamondlike BC5

Using density functional theory calculations we show that the recently synthesized superhard diamondlike BC5 is superconducting with a critical temperature of the same order as that of MgB2. The average electron-phonon coupling is lambda=0.89, the phonon-frequency logarithmic average is log=67.4 meV, and the isotope coefficients are alpha(C)=0.3 and alpha(B)=0.2. In BC5, superconductivity is mostly sustained by concerted vibrations of the B atom and its C neighbors.     

掺杂MgB_2体系超导电性的一个判据

提出一个计算原子半径差和电负性差的方法,研究了原子半径差Δd和电负性差Δe及它们之比△d/△e与掺杂MgB2体系超导转变温度Tc的关系,发现三者都与转变温度有良好的规律性,对它们进行数值模拟都获得开口向下的抛物线关系。由此,提出用原子半径差、电负性差、及它们之比△d/△e作为提高掺杂二硼化镁超导电性的一个新依据。     

Observation of interband pairing interaction in a two-band superconductor: MgB2

The recently discovered anisotropic superconductor MgB2 is the first of its kind showing the intriguing properties of two-band superconductivity. By tunneling experiments using thin film tunnel junctions, electron-coupled phonon spectra were determined showing that superconductivity in MgB2 is phonon mediated. In a further analysis, which involves first principles calculations, the strongest feature in these spectra could be traced back to the key quantity of two-band superconductivity, the interband pairing interaction. For the phonons, this interaction turns out quite selective. It involves mainly low-energy optical phonon modes, where the boron atoms move perpendicular to the boron planes.