高温超导体低温、高压下的物理性质的研究

 在3~20 GPa压力范围内，测量了含氧量较低的YBa₂Cu₃O_7-δ（δ=0.46）单晶压力增强效应（dT_c/dp=4.9KGPa^-1）；YBa₂Cu₃O₇（T_c0=90 K）单晶在压力下临界电流密度随压力变化；外磁场H=30 kO_e时，T_c与磁场、压力关系；压力达16.5 GPa下，Bi₂Sr₂CaCu₂O_x单晶T_c(p)关系（dT_c/dp=-0.4 KGPa^-1）。发现Y系高温超导体的温度压力导数dT_c/dp与T_c0中间呈dT_c/dp=b-mT_c0线性关系（b、m为常数）。结合压力下Y系超导体结构相变和含氧量对T_c影响，分析这类超导体T_c有很强的正压力效应的原因。把实验结果同几种超导电性微观理论模型进行了分析和比较。     

金属性氧化物LaCuO3的高氧压合成及Cu3+态的XPS研究

 本文在成功地用超高氧压（~6.5 GPa）及高温（~980 ℃）合成和结构测定的基础上，首次对金属性化合物中LaCuO₃中的Cu³⁺离子给予标定，并研究了它与绝缘体中Cu³⁺的区别。本论文中合成的LaCuO₃为金属性化合物，电导率测量表明在大于13 K无超导电性迹象。XPS测量给出了LaCuO₃中Cu2p_3/2内层电子结合能相对于La₂CuO₄或CuO中的Cu²⁺向高结合能方向移动了约2.6 eV，这一量值远大于NaCuO₂（绝缘体）中的Cu2p_3/2相对于CuO中的Cu²⁺移动的值，约为1.3 eV。Auger谱测量表明，LaCuO₃的修正了的Auger参数与CuO的基本相同，但L₃VV的Auger电子动能相对CuO移动了2.8 eV。这些位移说明在金属性化合物LaCuO₃中，Cu³⁺处在八面体位置上，它与近邻的Cu³⁺连成单个Cu—O—Cu桥，因此可作为对比p型高T_c含铜氧化物的XPS谱的标准。     

高压处理对BiSrCaCu2Oy超导电性的影响

 本文在高T_c超导体BiSrCaCu₂O_y常压制备的基础上，研究了热压烧结和冷压处理对其形成、结构及超导电性的影响，并与常压结果进行了比较。结果表明，高压可以使样品的合成时间缩短，合成温度降低。但同时它也抑制了晶格参数较大的相（高T_c相）的形成，使小晶格参数的杂相含量增多。对于提高样品的超导电性而言，1.5 GPa时一个较好的压力点。     

高温高压下SrB4O7：Eu2+玻璃的晶化

 利用X射线衍射和Eu²⁺发射光谱方法研究了非晶玻璃SrB₄O₇在高温高压下的晶化。结果表明：在5.0 GPa压力下，200 ℃仍为玻璃态，只有几个强度极低的小峰，表明有晶化的迹象；600 ℃时已基本晶化，但为SrB₄O₇正交相与SrB₄O₇高压立方相二相共存；当温度提高到1 000 ℃时，晶化成了近单相的与常压SrB₄O₇粉末晶体相同的正交结构。伴随晶化度的加强，Eu²⁺发射强度增强，与Ｘ射线衍射结果相一致。     

基于组分Ca2Pr2Cu5O10三元固溶区的范围和晶体结构

 利用X射线衍射分析和Rietveld结构精修方法研究了基于组分Ca₂Pr₂Cu₅O₁₀三元固溶区的范围和晶体结构。根据X射线分析结果和相消失法，为了保持Ca_2+xPr_2-xCu₅O₁₀结构单位晶胞中恒定的氧含量和电价平衡，基于组分Ca₂Pr₂Cu₅O₁₀的三元固溶区的范围可确定为：在Ca_2+xPr_2-xCu₅O₁₀固溶区的富Ca区（Ca/Pr>1），其表达式仍可以表示为一般的化学计量式Ca_2+xPr_2-xCu₅O₁₀（x=0.4, 0.2, 0）；在富Pr区（Ca/Pr<1），其表达式为Ca_1.7Pr_2.2·Cu₅O₁₀、Ca_1.4Pr_2.4Cu₅O₁₀，即：Ca_2+xPr_2-xCu₅O₁₀固溶区范围从Ca_2.4Pr_1.6Cu₅O₁₀至Ca_1.4Pr_2.4·Cu₅O₁₀。研究表明：基于组分Ca₂Pr₂Cu₅O₁₀的三元固溶体晶体结构可以看作是正交晶系NaCuO₂型亚晶胞的无公度相；Ca_2.4Pr_1.6Cu₅O₁₀亚晶胞的点阵常数为a₀=0.282 46(7) nm，b₀=0.636 93(1) nm，c₀=1.067 94(1) nm；其正交超结构的点阵常数为a=5a₀，b=b₀，c=5c₀。Ca_2.4Pr_1.6Cu₅O₁₀的结构也可以用单斜超晶胞来表述，该单斜超晶胞的空间群为P2₁/c，Z=4，a=5a₀，b=b₀，c=c₀/sin β，β=104.79°或136.60°，V=5a₀b₀c₀。在基于组分Ca₂Pr₂Cu₅O₁₀的三元固溶体晶体结构中，Ca和Pr之间在一定范围内是可以相互替代的，而且它们在结构中的占位是无序的。     

La2CuO4+δ和La2-xSrxCuO4系统中的电子输运性质

 本文解释了La₂CuO_4+δ（0≤δ≤0.09）和La_2-xSr_xCuO₄（0≤x≤0.3）两种p型系统含铜稀土氧化物中的电阻和Seebeck系数与温度的依赖关系，在室温以上，一氧大气压下的La₂CuO_4+δ系统趋于失氧；在500 K以上，超导样品显示出失氧的一级相变，并且恢复到反铁磁相。在转变温度T₁≈300 K以下，对0<δ<0.05成份的样品，相分离成反铁磁相和超导相；而在T_cρ≈100 K的温度范围内，超导相进一步分离成富空穴和贫空穴畴。在0.04≤δ≤0.09范围内，T_c处的电阻陡降出现了台阶；我们认为，它反映了电子成对的起伏。在La_2-xSr_xCuO₄系统中，对于成分为01≈300 K以上，空穴的运动是弥散的，但是ΔH_m=0；而对于x≥0.22的样品，经历了从平滑到Fermi液态的转变。成份为0c1范围（其中空穴继续以弥散方式运动）是亚稳的，但是，在T_cρ≤150 K范围，出现了电荷起伏。当样品冷却通过T₁时，对于成份为0.15≤x≤0.2的样品，经历了由弥散到强质量增强巡游电子状态的转变；在T_c处，从均匀的修饰电子的正常态凝聚成超导的载流子对。在超导成份样品的正常态中，不寻常的电子-晶格相互作用，可以归结为在CuO₂面上从更离子性的到共价性的Cu:3d_x²-r²─O:P_σ键合的转变；通过这种转变，轨道杂化和Hubbard U参量随Cu─O键长和Cu原子上的外表局域氧化态都产生灵敏的变化。     

高温高压下CeTbO3合成过程中电阻的动态测试研究

 在0.5 GPa、4.0 GPa的压力下，从室温到800 ℃的温度范围内测量了氧化物CeTbO₃、单稀土氧化物Tb₄O₇、CeO₂和摩尔比维4∶1配比的混合物CeO₂+Tb₄O₇等的电阻随温度变化关系。对这四种物质均反映出电阻随温度增加而减小的半导体特征。在压力维0.5 GPa，温度高于600 ℃时发现了混合物CeO₂+Tb₄O₇、氧化物Tb₄O₇中电阻变化的起伏。X射线衍射谱表明，对应这一电阻变化，在结构上出现了变化。结果分析表明，这一变化与Tb⁴⁺→Tb³⁺的价态变化密切相联。     

高氧压合成产物La2CuO4+δ的相变研究

 本文采用超高氧压2.3 GPa合成方法，得到超导相含量大于30%的超导化合物La₂CuO_4+δ所采用的压力是目前所见报导中对La₂CuO₄化合物施加的最高氧压。湿化学方法测量给出过量氧含量δ=0.05±0.01，而TGA（氮气中）给出δ=0.143。高氧压合成产物经在空气中、不同温度下加热，然后淬火到室温，结果发现超导体在200~300 ℃的加热处理中存在着一个一级相变。经此相变后，超导体转变成反铁磁半导体。TGA及DSC证实了此相变的存在。该相变前后所联系的氧含量变化恰好为湿化学方法给出的结果，这部分与超导电性存在联系的过量氧，实际上引起了Cu²⁺向Cu^(2+2δ)+的转变。该结果强有力地排除了所谓“超氧化物”引起超导电性的可能性。     

固相线下Pr1-xBa2-yCax+yCu3O7±δ体系的相关系和晶体结构

 利用X射线衍射分析和Rietveld结构精修的方法研究了固相线下Pr_1-xBa_2-yCa_x+yCu₃O_7±δ体系的相关系和晶体结构。研究表明：950 ℃、空气条件下，Pr_1-xBa_2-yCa_x+yCu₃O_7±δ（y=0）体系系列样品总是含有两相：Pr123（PrBa₂Cu₃O_7±δ）和BaCuO₂；而且，随Ca含量的增加，杂相BaCuO₂的含量也随之增加。Pr_1-xBa_2-yCa_x+yCu₃O_7±δ（x=0）体系y=0.1、0.2、0.3、0.4的样品都只含有Pr123单相；y=0.5的样品含有3相：Pr123、Ca₂CuO₃和Pr₄Ca₁₀Cu₂₄O₄₁。另外，Pr_1-xBa_2-yCa_x+yCu₃O_7±δ（x=0）系列样品（y=0.1、0.2、0.3、0.4）中Pr123相还发生了正交-四方晶系的结构转化。y=0.1和0.2的样品为正交晶系，晶胞参数分别为a=0.390 33(4)和0.389 36(1) nm，b=0.389 53(4)和0.387 73(1) nm，c=1.173 38(4) 和1.168 20(2) nm；y=0.3和0.4的样品为四方晶系，晶胞参数分别为a=b=0.387 80(0) 和0.387 67(0) nm，c=1.166 00(2) 和1.165 20(2) nm。在Pr123结构中，Ba离子可以被Pr离子代替，但不能被Ca离子所代替。Ca离子占据部分Pr离子的位置。在Pr_1-xBa_2-yCa_x+yCu₃O_7±δ（x=0）体系中Pr、Ba和Ca离子间的相互替代中，离子半径比化学性质起到了更大的作用。在950 ℃、空气条件下，Ca离子在Pr_1-xBa_2-yCa_x+yCu₃O_7±δ体系中的最大溶解量是当x=0时，y≤0.4。     

冲击载荷下Al2O3陶瓷的动态响应

 通过平面飞片碰撞实验，研究了质量分数为90%的Al₂O₃陶瓷在0～11.0 GPa的动态响应行为，给出了该材料的Hugoniot弹性极限（σ_HEL）、动态屈服强度、高压声速和Hugoniot曲线。结果表明：当冲击应力在σ_HEL≈11.0 GPa的范围内，Al₂O₃陶瓷的塑性区压缩特性表现出较明显的弥散行为；在远低于σ_HEL的应力区，Al₂O₃陶瓷已表现出明显的压缩损伤效应，即出现所谓的破坏波效应。     

激光光控超导YBa2Cu3Ox薄膜开关的研制

在对光控热电效应开关进行理论分析的基础上,木文提出用YBa₂Cu₃O_x薄膜制作光控开关,并测试了在液氮温度下薄膜开关在不同激光波长下的特征参数,测试的最好结果是响应度R_v(632.8nm,10kHz,1Hz)为217V/W,归一化探测率D_*(632.8nm,10kHz,1Hz)为2.3×10¹¹cm.Hz^1/2/W,响应时间τ为0.21ms.     

压力对TlPbxBaCa3Cu3O超导电性的影响

 在零电阻温度T_c0达到120 K的TlBaCa₃Cu₃O_y超导体中，掺入不同含量的Pb后，超导电性受到抑制，点阵常数减小。加压时，T_c先随压力p的增加而上升，样品1（x_Pb=0.05）的dT_c0/dp=1.7 K/GPa，样品2（x_Pb=0.5）的dT_c0/dp=2.2 K/GPa。T_c的峰值随Pb的增加而减小。加压时，对由于Pb的加入引起的Cu—O层的精细结构变化起到调制作用。     

Na填充型方钴矿化合物CoSb3的高压合成及电输运特性研究

 利用高压合成方法,在压力为2 GPa、温度为900 K的条件下,以NaN₃作为添加剂,成功地合成出了Na填充型的方钴矿化合物CoSb₃。X射线衍射（XRD）研究结果表明,当Na填充量达80%时,合成的Na填充型方钴矿化合物CoSb₃仍为单相方钴矿结构,没有Na和NaN₃等杂质峰。在室温下对不同Na填充量的样品进行了电阻率（ρ）和Seebeck系数（α）的测试,研究了不同Na填充量对样品电阻率、Seebeck系数和功率因子（α²σ）的影响。研究结果表明：室温下,样品的电导率随Na填充量的增加而增大,Seebeck系数的绝对值随Na填充量的增加而减小。当Na填充量为0.4时,样品获得了最高的功率因子（8.72 μW·cm^-1·K^-2）,此值高于He等报道的利用热压法制备的CoSb₃的值。填充量对样品电输运特性的影响规律与Pei等研究的K填充型CoSb₃的研究结果相一致。上述研究结果表明,高压合成技术有利于提高填充型方钴矿化合物的填充量,并有效地提高样品的电输运特性。     

Gd2O2S:Eu荧光谱及能级的高压研究

 在21 500~11 500 cm^-1光谱区间内测量了Gd₂O₂S:Eu的荧光光谱，测量是在室温和液氮条件下进行的，对122条低温谱线和96条常温谱线进行了指认。识别了Eu³⁺离子⁵D_0~2及⁷F_0~6的39个斯塔克能级中的35个能级。在0~15 GPa压力范围内，研究了Gd₂O₂S:Eu高压下的发射光谱。在压力作用下，发现所有观测到的谱线都红移，强度降低。6个⁵D_0~2能级下降速度大于⁷F_J，⁵D₂、⁷F_2~5多重态的斯塔克劈裂变大，而⁵D₁和⁷F₁的劈裂变小。     

顽火辉石(Mg0.92,Fe0.08)SiO3的冲击相变和高压状态方程及其地球物理意义

 用阻抗匹配法和电探针技术在48~140 GPa冲击压力范围内对化学组分为(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃、初始密度为3.06 g/cm³的天然顽火辉石进行了冲击压缩实验。根据本工作13发实验数据，结合McQueen等人的数据可以看出，(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃顽火辉石在冲击压缩过程中，大约经历三个明显区域：低压相区，压力范围为0~40 GPa；混合相区，压力范围为40～67 GPa；高压相区，压力范围为68～140 GPa。在低压相区，D-u关系已由McQueen给出；而在高压相区（68～140 GPa），可由本实验数据得到。由叠加原理计算得到的混合物(Mg_0.92, Fe_0.08)O(Mw)+SiO₂(St)的D-u关系及p-ρ关系曲线明显偏离了实验数据的拟合曲线，从而排除了在高达140 GPa冲击压力下，钙钛矿结构的(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃发生向氧化物化学分解相变的可能性。对高压相区的实验数据进行拟合，可以得到(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃钙钛矿的Grüneisen参数γ。通过三阶Birch-Murnaghan有限应变状态方程，由冲击波实验数据得到了零压等熵体积模量K_0S=259.6(9) GPa及其对压力的一阶偏导数K′_0S=4.20(5)，其ρ₀=4.19 g/cm³。(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃钙钛矿冲击压缩下的密度数据与PREM密度剖面吻合很好，支持钙钛矿为主要成分的下地幔模型。     

Zn0.83Mn0.17Se和ZnSe/Zn0.84Mn0.16Se超晶格材料中Mn2+的压力光谱研究

 采用压力光谱技术在低温下观测到了Mn²⁺离子的⁴T₁→⁶A₁跃迁,该谱线在Zn_0.83Mn_0.17Se和ZnSe/Zn_0.84Mn_0.16Se超晶格样品中有不同的压力行为,体材料中其压力系数为-42.4 peV/Pa,超晶格中为-29.5 peV/Pa。用晶体场理论计算得到体材料Zn_0.83Mn_0.17Se中Mn²⁺离子⁴T₁→⁶A₁谱线的压力系数为-38.3 peV/Pa,与实验结果基本一致。结合材料中发光峰积分强度随压力的变化关系进行分析,证实Mn²⁺离子的发光性质主要与其近邻的晶体场环境有关。     

0212型Ca3Cu2O4+δCl2-y化合物高温高压合成与研究

 利用“顶角氧掺杂”机制，即以二价氧部分替代顶角一价氯，用Ag₂O做氧源，在高温高压下制备了单相的Ca₃Cu₂O_4+δCl_2-y样品。X射线衍射分析发现，随着Ag₂O含量的增加，Ca₃Cu₂O_4+δCl_2-y样品的晶格常数a逐渐变小，c逐渐增大，体现了空穴掺杂的本质。进行了电阻率和磁化率测量，没有发现超导性，可能是空穴载流子没有达到合适的浓度所致。     

稀土焦绿石化合物R2Fe4/3W2/3O7的高温高压稳定性研究和X射线相分析

 本文利用X射线粉末衍射和位敏探测技术，研究了R₂Fe_4/3W_2/3O₇（R=Er、Yb、Dy）化合物经高温高压处理后的变化情况。在3.7 GPa，1 200 ℃条件下，六方相R₂Fe_4/3W_2/3O₇化合物按两种方式分解，而直接由R₂O₃，Fe₂O₃和WO₃原料出发，经上述同样的高温高压条件合成所得的产物与六方相高温高压分解产物相同，均为R₂WO₆、RFeO₃、WO₃和Fe₂O₃的多相聚合物。同时给出了R₂Fe_4/3W_2/3O₇六方相高温高压下的稳定区范围。     

压力对HgBa2Ca2Cu3O8+y超导转变温度的影响

 利用低温超高压装置，测量了Hg系样品HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+y（Hg-1223）超导转变温度T_c在压力作用下的增强效应。压力最高达7.8 GPa，超导起始转变温度常压下为130 K，加压到5.4 GPa时获得最高温度为140 K。在5.4 GPa以下获得dT_c/dp为1.85 K/GPa。用压力作用下氧原子位置的改变使载流子浓度提高和CuO₂面间的耦合作用来解释高温超导的压力效应。     

高压高温下B2O3与Mg和Li3N的反应

 通过B₂O₃与Mg和Li₃N分别在不同温度压力条件下的反应，用X射线方法研究了生成物的物相。当采用Mg与B₂O₃为原料时，其产物是Mg₃B₂O₆；用Li₃N与B₂O₃反应时，产物中除了Li₃BO₃，还有立方氮化硼（cBN）生成。这表明，当原料中含有相同数量B₂O₃时，用Mg和Li₃N分别作触媒合成立方氮化硼，将得到不同的结果。