多元FeSe基超导材料的结构与物性

对FeSe基多元超导化合物的制备、晶体结构、相分离和超导性质等进行了详细的介绍.首先,利用碱金属插层的方法,制备出了三元K_xFe_(2–y)Se_2超导体,其超导转变温度为31 K,是当时FeSe基超导体的新纪录.同时,利用高温自助溶剂方法,制备出了K_xFe_(2–y)Se_2的晶体样品,并对其晶体结构、相分离和电子结构进行了细致的研究,从其特殊的费米面构型,可以看出K_xFe_(2–y)Se_2是区别于FeAs基超导体的新型高温超导体系.其次,通过低温液相法的制备手段,获得了多种碱金属插层FeSe的高温超导体,超导转变温度为30~46 K,大幅提高了FeSe基超导体的转变温度记录.在低温和中温区制备的FeSe基超导体中,存在极少量的Fe空位,可以精确标定超导相成分和电子结构,为研究FeSe基超导体甚至Fe基高温超导体的微观机理提供重要的实验证据.     

铁基超导体BaFe_(2-x)Ni_xAs_2中磁性相互作用的中子散射

铁基超导电性起源于对母体中长程反铁磁序的压制,理解其超导微观机理的关键在于清楚认识磁性相互作用的演化规律,及其与超导电性的具体关系.本文以典型的电子型掺杂铁基超导体系BaFe_(2-x)Ni_xAs_2为对象,介绍了中子散射实验针对其电子态相图、磁有序态、低能磁激发和高能自旋涨落谱等磁性物理的相关研究,着重总结它们随掺杂的系统而演变的规律,同时介绍了在自旋向列相中的最新研究进展.最后,基于这些结果,提出了磁性相互作用驱动的非常规铁基超导电性的可能物理图像.     

CrAs超导体的研究和展望

重费米子超导体、铜基高温超导体和铁基高温超导体等新超导体的发现及非常规超导电性的研究一直推动着凝聚态物理学的发展.这类超导体的一个最基本特征是当长程反铁磁序被压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,加压也是一种有效的调控手段.本工作在综述第一个Cr基化合物超导体CrAs的结构和基本物理性质基础上,重点介绍了通过加压CrAs的双螺旋磁性被压制,出现超导电性的衍化过程.此外也综述了CrAs的结构、磁性和超导电性等方面的后续研究工作以及其他相关新型超导体.在CrAs体系中,超导临近于双螺旋反铁磁序及出现的量子临界行为等多种实验证据表明CrAs具有非常规超导电性.CrAs超导电性的发现为探索新的非常规超导体打开了一条新路.     

铁基超导材料结构优化和费米面的Gutzwiller密度泛函研究

<正>铁基超导母体材料中费米面的拓扑性质与超导配对机制密切相关.虽然LDA(局域密度近似)计算正确预言了母体材料的金属基态、费米面的nesting效应以及SDW磁性基态等重要性质,但是对能带结构和费米面拓扑性质的描述仍然有失准确。     

高T_c超导体Bi_2Sr_2Ca_2Cu_3O_y中无公度调制结构的X射线旋进照相观察

几年来,一系列研究结果报道了X射线、电子和中子衍射以及透射电镜等观察Bi系高温超导材料中不同调制的无公度结构;但常规处理的Bi_2Sr_2Ca_(n-1)Cu_nO_(2n+4)超导材料往往存在二、三个超导相,其T_c分别为20K,85和110K的2201相(n-1),2212相(n-1)和     

HgBa2Can-1CunO2n+2+δ(n=1,2,3)体系的压力效应

和的超导转变温度分别为97,128和135K,是迄今为止具有一层、二层和三层CuO_2平面铜氧化物超导体中的最高值。令人感兴趣的是,Hg系超导体对压力非常敏感,当压力P增加到31 GPa时,理想掺杂的HgBa_2Ca_2Cu_3O_8 δ的T_c可达到创纪录高的164 K。研究表明体系在整个掺杂范围表现出超导性质,T_c与CuO_2平面内的空穴浓度(n_H)之间存在着倒抛物线的依赖关系。而且,初始压力系数随氧含量(δ)而变化,并且在过掺杂区也保持正值。这些结果暗示了在常压下通过元素替代或电荷转移以施加“内压力”获得同样高T_c的可能性。     

运用高压技术设计和研制超导材料新体系

本文介绍运用高压技术发现的几类超导材料新体系,包括(1)顶角氧有序型(简称"顶角氧"系)、Cu12(n-1)n(简称"铜系")和Cl2(n-1)n(简称"卤系")等3类铜基超导材料体系:它们只含铜和碱土氧化物,是构成铜基超导的最简单组分;这些体系在常压的超导温度(T_c)可媲美Y123、Bi系、Hg系等组分复杂的铜基超导材料,"铜系"的T_c可高达123 K,Cl212是第1个含卤素的液氮温区超导体;"顶角氧"有序化将同结构的铜基超导材料的转变温度提高1倍以上,刷新了单层铜氧面结构铜基超导材料的Tc记录;新体系的高温载流特性名列前茅,"铜系"在液氮温区的临界电流特性优于Bi系、Hg系,与Y123相当.(2)铁基超导材料主要体系之一的"111"体系:"111"体系组分结构简单,易于揭示铁基超导核心要素.它的解离面无极性,表面和体态结果严格一致,为通过角分辨光电子能谱(ARPES)和扫描隧道显微镜(STM)等先进表征技术揭示铁基超导的本征物性提供了理想结构载体.主要成员LiFeAs具有无Fermi面嵌套的重要特征,表明Fermi面嵌套并非实现铁基超导必要条件,扭转了此前基于铁基其他体系的费米面嵌套对机理的流行认识.(3)Bi_2Te_3拓扑化合物超导体:实现无需化学掺杂引入载流子,揭示了国际上首个压力诱导的拓扑化合物超导.     

强极性半金属中的电子-声子耦合与超导性

Y-Ba-Cu-O系统中最近发现的高TIc超导性(T_c～90 K)引起了热烈的讨论。在此以前人们已普遍接受了电子-声子超导T_c上限为30～40 K的观点。因此对于大大超过这个上限的高T_c提出了不少新的超导机制的猜测与分析。无疑,这一类的探讨将有力地推动固体理论的深入发展.值得注意的是目前所有关于这类高T_c材料的报道都指出在T_c以上的正常态样品的电磁性质是金属性的。其中载流子的行为近似于自由巡回电子。这个基本事实促使我们在探讨新机制的同时也认真反思,是否普通的BCS电子-声子机制真是和这样     

铅系超导体中掺氟效应

氧化物高温超导体中F代O的研究,近来受到更多的关注.实验结果显示,只要制样的方法适宜,F代O都有利于超导性.如Y-系及Tl-系,用F代部分O使超导相更易形成,T_c略有提高.Bi-系掺F,有使T_c显著提高的效果.属绝缘化合物的M_2CuO_4(M=Nd,Pr,La),当以F代部分O时,变为T_c=30～40K的超导体.金属性的TlSr_2CaCu_2O_7及半导体的Tl-Sr_2ReCu_2O_7(Re为稀土)在掺F之后,成为T_c≥77K的超导体.近来有文献指出,要在6GPa高压下合成才具有超导性的Sr_2CuO_3,当以F代部分O时,在常规条件下制备样品就成为T_c=46K的超导体.Pb-系在结构上颇有特点,自发现之后,已对它进行了多方面的研究.但是,至今尚无在该体系中掺F的研究报道.对这方面进行深入的研究,为了解超导机理是有意义的,本文报道了研究的初步结果.     

低维高温超导的启示:键收缩与电子双重极化

经典的Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)理论[1～3]认为,费米面附近的电子通过电声耦合作用形成具有玻色子特征的库珀对,即玻色-爱因斯坦凝聚.库珀对在低温条件下相互协调,实现在品格内无阻输运.虽然BCS理论能够很好地描述临界温度TC低于30K的金属或合金的常规超导行为,但是却不足以解释于198...     

HgBa_2CaCu_2O_(6+δ)和HgBa_2Ca_2Cu_3O_(8+δ)超导体合成及超导性研究

自从高T_c铜氧化物超导体发现以来,许多相关超导相已相继合成出来,它们均含有二维铜氧面,连结铜氧面并作为载流子库的结构单元有很多种,如(BiO)_2,(TIO)_2,CuO链和TIO层等等.最近Putilin等发现含Hg的超导体 HgBa_2CuO_(4 δ),它含有一个铜氧面,T_c为94K.含更多铜氧面的Hg系超导相也已发现,其抗磁转变T_c高达134K.采用高压合成方法可制得1212,1223,1234超导相,常压合成也可制备出1212,1223超导相,但其制备     

铁基超导材料制备研究进展

超导现象于1911年首次被发现, 此后科学家们一直都在寻找拥有更高临界温度的超导材料, 研究重点也逐渐从金属系物质转到铜氧化物. 目前, 物理学界对高温超导机制仍未形成一致看法, 研究人员希望在铜氧化物超导材料以外再找到新的高温超导材料, 以期从新的途径来破译高温超导机理. 2008年初, 日本学者发现了临界温度可以达到26 K的新型超导材料—— LaO_1-xF_xFeAs, 这一突破性进展开启了科学界新一轮的高温超导研究热潮. 随后, 科研人员在这一体系中展开了积极的实验和理论研究. 中国科研机构, 特别是中国科学院, 迅速开展了卓有成效的研究工作, 在新一轮的高温超导研究热潮中占据了重要位置. 铁基超导材料的研究正在持续升温, 新的发现层出不穷. 本文按照体系分类, 以时间顺序, 分别对铁基超导材料的四大主要研究体系(“1111”体系、“122”体系、“111”体系和“11”体系)的具体材料制备研究进展进行了分析, 比较全面地介绍了各种铁基超导材料的合成方法及其关键物理参数.     

Bi_(2-x)Pb_xSr_2CaCu_(2-x)Mg_xO_(8+δ)超导体的正电子寿命研究

自从Maeda等人在Bi-Sr-Ca-Cu氧化物中发现超导电性以来,由于Bi系超导体具有较高的超导转变温度和广阔的应用前景,日益受到人们的重视.在Bi系超导材料的研究中,金属离子的置换对超导性能和材料结构的影响一直是研究的热点之一.许多作者用Pb替换Bi,以便了解Bi-O层对超导电性的作用.文献[4]研究了Bi_(2-x)Pb_xSr_2CaCu_2O_(8+δ)体系,由Raman散射实验证实Pb可以替换Bi,且其最大替换量可以达到x=0.35;随着Pb含量的增加,超导转变温度T_c从85K减小为76K,并且指出这是由于体系空穴浓度增加所致.然而,Pb掺杂对样品结构的影响以及空穴浓度增加的原因尚不清楚.本工作使用对固体材料微观结构极灵敏的正电子湮没谱仪测量了Bi_2Sr_2CaCu_(2-x)Mg_xO_(8+δ)和Bi_(2-x)Pb_xSr_2CaCu_(2-x)Mg_xO_(8+δ)系列样品的正电子寿命,给出了正电子寿命和转变温度随掺杂量X的变化关系,研究了Pb掺杂对Bi系超导体电子结构的影响,以及由此引起的样品中空穴浓度变化情况.     

贫钇YBa_2Cu_3O_(7—y)超导材料的结构缺陷研究

高临界温度(T_c)YBCO氧化物超导体在实际应用中所具有的潜在优势使这一研究领域仍十分活跃.大量研究表明:这种材料的原始化学配比对其超导电性有明显的影响.元素替代及非化学计量配比由于在纳米甚至原子尺度上引起成分扰动,将使钙钛矿型骨架结构中各晶位处格点排列发生局部变化,势必影响其超导行为.至今报道的所有T_c≈90K的123相氧化物均具有正交晶体结构、Cu-O链和Cu-O面,这些因素是维系超导电性的最基本结构特征.     

高温超导性理论的研究

最近两年以来,物质的超导性和超导材料的研究得到了突飞猛进的发展.一大批具有临界温度T_c值大于90K的高温陶瓷超导材料ⅡA-ⅢB-Cu-O被发现(这里ⅡA是指Ba、Sr或Ca等,ⅢB是指La、Y,Sc等元素.)它对工农业等整个国民经济的发展具有重大意义.很奇怪,这一巨大成就均不是在原有的超导理论的指导下所获得的,而是凭经验,从实践中“意外”发现的.但人们至今还不清楚为什么这类陶瓷氧化物超导体具有如此高的T_c值?体内什么样的内部结构(晶体结构和电子结构)引起了这样高的T_c值的出现?它是否可以制     

氧掺杂引起的T′相铜氧化合物低温磁性反常

采用高压合成的方法对 (Eu1-xYx) 2 CuO4 和Sm2 CuO4 样品进行了氧掺杂 ,并发现了一个位于 2 9K附近新的低温磁性反常 .分析表明该反常也是铜原子磁矩的贡献 ,但有着和T′相化合物弱铁磁不同的形成机理 ,它的出现对应着由掺杂到CuO2 面上的空穴产生的铁磁性团簇 .这一结果还揭示了T′相化合物区别于p型超导材料的一个独特性质 ,即没有顶点氧存在的T′相化合物的CuO2 面只能接受极微量的空穴 ,一旦达到极限 ,不管有多少氧掺杂进物相 ,都不能在CuO2 上引入更多的空穴     

分子束外延硒化铁薄膜的超导电性

铁基超导体是继铜氧化合物高温超导体之后于2008年被发现的一类新型高温超导材料.在所有铁基超导体中,β-Fe Se因具有最简单的化学组分和结构而被认为是探索超导机制的理想体系.借助于半导体工业中成熟的分子束外延生长技术,研究者实现了对Fe Se超导薄膜生长、形貌和组分在原子水平上的精确控制,并在此基础上深入研究了其超导性质.最近研究者又把Fe Se薄膜的分子束外延生长拓展到Sr Ti O3(001)衬底,发现单层Fe Se/Sr Ti O3体系的超导转变温度有超过77 K的迹象.这些研究成果为解决高温超导体的配对机制以及进一步提高超导转变温度提供了全新的途径和思路,引起高温超导和材料科学等领域的广泛关注.     

氧掺杂引起的T′相铜氧化合物低温磁性反常

采用高压合成的方法对 (Eu1-_xY_x) ₂CuO₄ 和Sm₂CuO₄ 样品进行了氧掺杂 ,并发现了一个位于29K附近新的低温磁性反常 .分析表明该反常也是铜原子磁矩的贡献 ,但有着和T′相化合物弱铁磁不同的形成机理 ,它的出现对应着由掺杂到CuO₂ 面上的空穴产生的铁磁性团簇 .这一结果还揭示了T′相化合物区别于p型超导材料的一个独特性质 ,即没有顶点氧存在的T′相化合物的CuO₂ 面只能接受极微量的空穴 ,一旦达到极限 ,不管有多少氧掺杂进物相 ,都不能在CuO₂ 上引入更多的空穴     

MgB2的高压高温合成及其超导电性

在高压(3.0GPa)和高温(900℃)条件下,制备出单相MgB2样品.样品的粉末X射线衍射实验和Rietveld精修结构分析表明,所制样品具有AlB2型六方结构,空间群为P6/mmm,a=3.0861(5)A,c=3.5222(8)A.测量结果表明样品的超导临界转变温度(Tc)为39K.     

单层WS2(1-x)Se2x中的有序相和无序相

调节组分和结构是调节二维材料的电子性质的重要手段.以WS_(2(1–x))Se_(2x)为例,通过理论计算研究了阴离子替代形成的过渡金属硫化物半导体合金.通过第一性原理计算结合特殊准随机结构(SQS)模型和团簇展开结构搜索(CE)法,探索了单层半导体合金WS_(2(1–x))Se_(2x)的有序相和无序相的热动力学特性.发现在x=1/3, 1/2和2/3时,有序相向无序相发生相变,相变温度分别为27, 28, 25 K.通过第一性原理能带计算和能带反折叠法,发现价带顶附近带边和导带底附近带边状态主要来源于W的d轨道,带隙随Se组分呈现线性变化趋势,与原子的有序排列或无序排列无关;同时发现电子和空穴的有效质量与原子的有序排列或无序排列密切相关.