PdxBi2Te3,SrxBi2-yInySe3和IrTe2的超导性质研究

作     者：王显玉 

作者单位：山东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘波;景强

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

主      题：拓扑超导体 PdxBi2Te3 SrxInyBi2-ySe3 IrTe2 二维材料解理 

摘      要：本文针对几种具有不同层间作用力的硫族化合物,分别采取了层内化学替换、层间化学掺杂和离子插层等方法,根据它们晶体结构变化和低温输运性质,解释了层状硫族化合物的物性与结构的内在关系,对PdxBi2Te3,SrxBi2-ylnySe3和IrTe2的超导性进行了研究。获得了如下的创新性成果:1.奇宇称配对被认为是实现拓扑超导的关键因素。在Bi2Se3的体拓扑超导体中,发现了奇宇称配对,产生向列序,向列拓扑超导体在超导状态下会自发地破坏晶体对称性。向列超导可以通过热力学测量、核磁共振测量、ac-x测量、磁转矩测量或磁阻测量等方法观察到。本文成功制备拓扑超导体PdxBi2Te3单晶,Pd原子掺杂到拓扑绝缘体Bi2Te3的范德瓦尔斯层间,拓扑超导体PdxBi2Te3具有5.5K左右的超导电性,在平行于基面的不同磁场方向上,通过测量磁电阻得到其上临界场,平面内的上临界场清楚地显示了一种打破三重晶体对称的两重对称性。这表明Pd掺杂的Bi2Te3是一种类似于Cu、Sr和Nb掺杂的Bi2Se3的向列拓扑超导体。2.拓扑性质起源于强自旋轨道耦合,SrxBi2Se3是一种拓扑超导体。铟元素In的掺杂可以使拓扑绝缘体Bi2Se3转变为普通绝缘体。因此,在SrxBi2Se3中掺杂In可以帮助探索SrxBi2Se3拓扑超导性的起源。本文采用助熔剂法生长了高质量的SrxBi2-ylnySe3单晶。研究了掺杂In元素对SrxBi2Se3的晶体结构和超导性能的影响。随着In掺杂量的增加,晶格参数c和超导体积比均减小。当SrxBi2-ylnySe3样品中的y达到0.05时,SrxBi2Se3的超导状态完全消失,表现出典型的顺磁（PM）行为,证明铟的掺杂可以破坏SrxBi2Se3的超导状态。在以后的研究中,可以用ARPESE进一步探索SrxBi2-ylnySe3样品的拓扑性质。3.硫属化物2D材料的层间的相互作用强于其它2D体系,这导致其能带结构会随层数的变化而剧烈变化。单层或少层的2D材料往往展现出有别于体相的新颖物性。本文通过自助熔剂法生长IrTe2单晶,利用液相剥离法把单晶IrTe2解理至单层或几层。完全抗磁测量中出现两个超导相,得到两个超导转变温度Tc分别为2.4K和3.5K。其中一种超导相是由于解理单晶IrTe2,另一种超导相是由于IrTe2自身的缺陷,由此证明了上清液中的IrTe2存在部分解理成功的单层,本文为解理超导材料提供了一种新的途径。