鐵硒超導(dǎo)體的磁性和超導(dǎo)電性研究.pdf

1、超導(dǎo)材料在臨界轉(zhuǎn)變溫度以下的超導(dǎo)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(yīng)用前景，因而一直備受人們關(guān)注。2008年發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)體為高溫超導(dǎo)的研究注入了新的活力。鐵基超導(dǎo)材料是一種全新的非常規(guī)超導(dǎo)體，也是除高溫銅氧化物超導(dǎo)體之外，又一類轉(zhuǎn)變溫度突破了BCS理論預(yù)言的麥克米蘭極限的高溫超導(dǎo)體。這一發(fā)現(xiàn)為解開長期存在的高溫超導(dǎo)之謎提供了新的機遇，同時關(guān)于這類新高溫超導(dǎo)體的研究，也將會對凝聚態(tài)物理的許多領(lǐng)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(dǎo)體主要包含鐵砷超導(dǎo)體和鐵硒超導(dǎo)體兩大家族。與前者相比，鐵硒超導(dǎo)體由于不含毒性元素As，從而使得在實驗和應(yīng)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(dǎo)體受到了人們的關(guān)注和青睞?；谕瑯釉?，我們選擇了鐵硒超導(dǎo)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(jié)構(gòu)、常規(guī)電磁物性、以及超導(dǎo)電性和磁性質(zhì)的壓力效應(yīng)都進行了研究，重點考察了其中的磁性和超導(dǎo)

3、電性之間的相互作用，取得了一些創(chuàng)新性的研究結(jié)果。主要的內(nèi)容如下：1.FeSe多晶樣品磁性和超導(dǎo)電性的壓力效應(yīng)研究。FeSe的超導(dǎo)電性一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相關(guān)報道就指出其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度在外壓下可以提高到27 K，當(dāng)時國際上認為外壓通過抑制低溫下的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變促使超導(dǎo)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(yīng)進行了研究。實驗發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變并沒有被抑制，相應(yīng)的兩個磁性轉(zhuǎn)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(dāng)時國際上對該體系的認識相反，表明相比于鐵砷超導(dǎo)體，F(xiàn)eSe超導(dǎo)材料具有其獨有的特征。2.FeSe薄膜磁性和超導(dǎo)電性的研究。在FeSe超導(dǎo)電性被發(fā)現(xiàn)以前，用MOVCD法制備的FeSe薄膜顯現(xiàn)鐵磁性，能否利用MOCVD法制備出超導(dǎo)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(zhì)量FeSe薄膜樣品，研究發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)電性僅存在于Fe、Se元素接近標準化學(xué)配比1:1的樣品中，過量

5、的Fe通過引入鐵磁性抑制超導(dǎo)電性。這是國際上首次用MOCVD的方法制備出超導(dǎo)的FeSe薄膜樣品。
　　 3.Fe1+yTe1-xSex單晶樣品超導(dǎo)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(chǎn)生超導(dǎo)電性的原因不清楚，同時超導(dǎo)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(yīng)對超導(dǎo)電性和磁性的影響，實驗發(fā)現(xiàn)：隨著外加壓力的增加，Tc先提高然后降

6、低，而超導(dǎo)體積比卻單調(diào)增大。我們的研究結(jié)果表明：在弱摻雜區(qū)Fe1+yTe1-xSex中Se替代Te和壓力效應(yīng)起著同樣的作用；體系中磁性和超導(dǎo)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(dǎo)電性的直接證據(jù)。4.K0.7Fe1.6Se1.6S0.4單晶樣品磁性和超導(dǎo)電性的共存。2010年底K0.8Fe2Se2發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)之后，我們率先合成了高質(zhì)量的K0.7Fe1.6Se1.6S0.4單晶，其超導(dǎo)起始

7、轉(zhuǎn)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(dǎo)電性的抑制不同，S元素對Se位的替代，并沒有降低超導(dǎo)轉(zhuǎn)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(xué)內(nèi)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(xiàn)，K0.7Fe1.6Se1.6S0.4體系中存在著明顯的超導(dǎo)電性和磁性共存，而伴隨著靜磁序的削弱，體系中較強的