鐵硒超導體的磁性和超導電性研究.pdf

1、超導材料在臨界轉變溫度以下的超導態(tài)具有零電阻，從而能夠無損失的傳輸電流，這一特性具有廣闊的應用前景，因而一直備受人們關注。2008年發(fā)現的鐵基超導體為高溫超導的研究注入了新的活力。鐵基超導材料是一種全新的非常規(guī)超導體，也是除高溫銅氧化物超導體之外，又一類轉變溫度突破了BCS理論預言的麥克米蘭極限的高溫超導體。這一發(fā)現為解開長期存在的高溫超導之謎提供了新的機遇，同時關于這類新高溫超導體的研究，也將會對凝聚態(tài)物理的許多領域起到十分重要的推動

2、作用。以獨有的FeX4層的陰離子元素區(qū)分的話，目前鐵基超導體主要包含鐵砷超導體和鐵硒超導體兩大家族。與前者相比，鐵硒超導體由于不含毒性元素As，從而使得在實驗和應用中更加安全，同時該體系的單晶樣品相對容易制備。上述優(yōu)點使得鐵硒超導體受到了人們的關注和青睞?；谕瑯釉?，我們選擇了鐵硒超導體作為研究對象，制備了該類材料的多晶，單晶，薄膜樣品，對體系的結構、常規(guī)電磁物性、以及超導電性和磁性質的壓力效應都進行了研究，重點考察了其中的磁性和超導

3、電性之間的相互作用，取得了一些創(chuàng)新性的研究結果。主要的內容如下：1.FeSe多晶樣品磁性和超導電性的壓力效應研究。FeSe的超導電性一經發(fā)現，相關報道就指出其超導轉變溫度在外壓下可以提高到27 K，當時國際上認為外壓通過抑制低溫下的結構轉變促使超導溫度得以提高。我們也立即對該體系的常規(guī)物性和壓力效應進行了研究。實驗發(fā)現，超導轉變溫度在外加壓力下有明顯提高；然而高壓下的磁性測量表明，體系的結構轉變并沒有被抑制，相應的兩個磁性轉變溫度隨著外

4、加壓強增大反而明顯地往高溫移動，這和當時國際上對該體系的認識相反，表明相比于鐵砷超導體，FeSe超導材料具有其獨有的特征。2.FeSe薄膜磁性和超導電性的研究。在FeSe超導電性被發(fā)現以前，用MOVCD法制備的FeSe薄膜顯現鐵磁性，能否利用MOCVD法制備出超導的FeSe薄膜并不清楚。我們利用MOCVD方法，成功制備了具有不同元素比例的高質量FeSe薄膜樣品，研究發(fā)現，超導電性僅存在于Fe、Se元素接近標準化學配比1:1的樣品中，過量

5、的Fe通過引入鐵磁性抑制超導電性。這是國際上首次用MOCVD的方法制備出超導的FeSe薄膜樣品。
　　 3.Fe1+yTe1-xSex單晶樣品超導電性和磁性以電子相分離形式共存。在Fe1+yTe1-xSex體系中，Se替代Te產生超導電性的原因不清楚，同時超導與磁性以什么形式共存也存在爭議，我們成功制備了Fe1+yTe1-xSex系列單晶樣品，并研究了壓力效應對超導電性和磁性的影響，實驗發(fā)現：隨著外加壓力的增加，Tc先提高然后降

6、低，而超導體積比卻單調增大。我們的研究結果表明：在弱摻雜區(qū)Fe1+yTe1-xSex中Se替代Te和壓力效應起著同樣的作用；體系中磁性和超導以電子相分離形式共存，而不是原子尺度上均勻的共存；同時還給出了外加壓力通過抑制磁性，有利于超導電性的直接證據。4.K0.7Fe1.6Se1.6S0.4單晶樣品磁性和超導電性的共存。2010年底K0.8Fe2Se2發(fā)現超導之后，我們率先合成了高質量的K0.7Fe1.6Se1.6S0.4單晶，其超導起始

7、轉變溫度和零電阻溫度分別為 Tconset=32.8 K和Tczero=31.2 K。與外加壓強對超導電性的抑制不同，S元素對Se位的替代，并沒有降低超導轉變溫度Tc，這表明在該體系中，摻雜并不能簡單地視為引入了化學內壓。電子自旋共振（ESR）的研究指出，在臨近Tc以上的溫度區(qū)域，樣品中存在很強的自旋漲落。進一步分析ESR譜發(fā)現，K0.7Fe1.6Se1.6S0.4體系中存在著明顯的超導電性和磁性共存，而伴隨著靜磁序的削弱，體系中較強的