铁基超导体的制备和高压研究及LiCu2O2低温下复杂的磁结构研究
作者单位：中国科学技术大学
学位级别：硕士
导师姓名：陈仙辉
授予年度：2010年
学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学]
摘 要：探索新的高温超导体,追求更高的超导温度,一直是人们的梦想,但是直到2008年年初,人们所知道的高温超导体只存在于铜氧化物之中。2008年2月,日本东京工业大学细野秀雄教授领导的研究小组报道了铁基材料LaO1-xFxFeAs的超导转变温度高达26K。这一发现引发了人们对这一超导体系的强烈关注,它的超导转变温度很快突破BCS理论预言传统超导体超导转变温度的麦克米兰极限(39K),直接证明这类铁砷超导体是一种新型的高温超导材料。这一成果立即在国际上引起了强烈的反响,许多科学家都为之付出了努力,在该领域内迅速取得了一系列令人瞩目的研究成果。这种新的材料为我们研究高温超导机理提供了又一个新的平台。 在本论文中,我们主要研究了铁基超导体Sr4Sc2O6M2As2(M = Fe and Co)(426)结构样品和FeSe(11)结构样品的制备及物理性质;还研究了BaFe2As2(122)体系不同浓度的电子掺杂和空穴掺杂的压力效应,探讨压力对超导转变温度的影响随掺杂浓度的变化;另外我们还研究了强阻挫体系LiCu2O2在低温下复杂的磁结构,并且通过比热和磁化率等实验手段验证了其在低温下磁结构的系列变化。 本论文主要分以下四个章节: 1、铁基超导体和LiCu2O2体系的研究进展 在本章中主要对LiCu2O2体系和铁基高温超导体的基本物理性质进行简述。其中对LiCu2O2体系,我们对它的基本结构和复杂的多铁行为进行了概述,并对该体系的在低温下,由于强阻挫及多种相互作用导致的复杂的磁结构展开了讨论。对于铁基高温超导体,主要介绍了它的不同体系的结构特性,总结了一下其发展简史,简单的介绍了一下它的基本物理性质,并且详细介绍了一下铁基超导体不同的体系的在压力作用下超导温度的变化行为。 2、LiCu2O2体系低温下复杂的磁结构在本章中,我们系统地研究了LiCu2O2样品的磁化率、比热随温度的变化关系,以及在不同温度、不同磁场下磁化率随角度的变化关系。我们提出了一个有两步相变的磁结构,这种磁结构类似于多铁材料TbMnO3。从磁化率和比热的数据中,我们可以分别在24.7K处观察到一个反铁磁相变,在23K处观察到一个铁磁相变。而当磁场在ab面转动的时候,在H=5T的情况下,当温度分别为50K和100K时,我们能观察到一个两度对称行为,当温度降低到10K的时候,在两度对称的行为上可以观察到磁化率的一个跳变,这说明在ab面有一个钉扎效应。这些结果进一步证实了在bc面螺旋,在a方向有铁磁分量的磁结构,也能对进一步理解多铁效应给出一点启示。 3、Sr4Sc2O6M2As2 (M = Fe and Co) (426)及FeTe的制备和物理性质 在本章中,我们系统的研究了新合成出的层状铁基化合物Sr4Sc2O6M2As2(M = Fe and Co)。它们属于四方结构,这和Sr3Sc2O5Fe2P2是相同的,我们主要研究了它们的输运性质和磁性质,Sr4Sc2O6Fe 2As2的霍尔系数RH以及热电势随温度变化的行为表现出很复杂的特性,这和铁基LnOFeA(s1111)以及BaFe2As(2122)母体化合物的行为都很类似。这些研究表明,我们新发现的这种Sr4Sc2O6Fe 2As2样品可能是一种新的铁基超导体的母体化合物。同时,我们也在铁基超导体的其它领域做了一些研究,主要是研究了铁基超导体中最简单的11结构的系列化合物,测量了它们的一些简单物性,进一步的研究还在进行之中。 4、空穴和电子掺杂的BaFe2As2单晶的压力效应研究 在本章中,我们系统的研究了Co掺杂和K掺杂的BaFe2As2单晶样品的压力效应。我们发现,压力对空穴掺杂和电子掺杂的BaFe2As2的超导态有相似的效应。在SDW转变还能在电阻曲线上被观察到的欠掺杂态,压力对TC有一个很大的正的效应,即TC能随着压力的增大迅速增加。在SDW转变已经被完全压制的最佳掺杂态,压力对TC几乎没有什么效应,即TC能随着压力的增大几乎没有发生改变。而在过掺情况下,压力对TC有是负的效应,即TC能随着压力的增加会逐渐减小。通过以上结果,我们给出了一个压力对超导态影响的相图,从这个相图中可以明显的看出来,空穴和电子掺杂的BaFe2As2有着相似的压力效应,在不同的压力作用下,它们的TC的改变有着相似的行为。这和以前人们发现的结果是一致的。
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