BiS2基超导体单晶生长和输运性质的研究

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新型层状超导体的探索和物性研究一直都是超导领域乃至凝聚态物理学界炙手可热的前沿领域,铜氧化物高温超导体和铁基高温超导体已经掀起了超导研究的一次又一次的高潮。2012年6月,新型的层状超导体Bi4O4S3被发现并马上引起科学家们高度重视,科学家们利用铜氧化物高温超导体和铁基高温超导体研究中积累的技术和经验很快将其扩展开来,形成了一个全新而庞大的体系——BiS2基超导体。而对新型BiS2基超导体家族的研究有利于完善对超导机制的理解,能够帮助我们探索新型层状超导体。本文主要围绕BiS2基超导体的单晶生长、输运性质研究及高压下的物性而展开,然后介绍了(Li1-xFex)OHFeSe压力效应的研究结果。  论文引言部分首先介绍了超导物理的简史和超导电性的微观机理,接着重点介绍了新型BiS2基超导体超导体的发现和一些研究进展,最后对高压手段在BiS2基超导体中的研究做了简单描述。  论文第二部分则主要介绍了本人博士期间所应用的高压技术和劳厄单晶定向技术。首先简单介绍了高压的发展历程并提到了高压手段对于超导体物理的重要意义。然后分别讲解了活塞圆筒型高压装置和金刚石对顶砧高压装置的结构、原理和相应的特点等,接着给出了两种测量过程中标定压力的方法:利用标准样品测定压力和红宝石荧光法。最后重点讲解了单晶样品定向的有关知识,介绍了劳厄照相法单晶定向的原理。  论文第三部分介绍了我们在NdO1-xFxBiS2超导体单晶生长和物性研究方面的工作。包括首次利用混合助溶剂法生长出高质量的NdO1-xFxBiS2超导单晶,并通过磁化和电阻测量证明了其本征的超导电性。我们还对其进行了定温转角电阻的测量,并根据各向异性的GL理论分析其具有非常大的各向异性度。根据面内角度依赖的电阻、能斯特和扫描隧道谱的测量和分析,我们发现该体系中存在一个非常大的超导涨落现象,而扫描隧道谱的数据显示该样品具有两个能隙。最后我们还分析了体系正常态在高磁场的作用下出现的半导体行为。  论文第四部分主要叙述了我们在LaO0.5F0.5BiSe2超导单晶上开展的高压测量的研究工作。通过高压测量可以调制LaO0.5F0.5BiSe2超导单晶的正常态电阻和超导电性。我们发现其正常态电阻和超导转变温度随着压力的增加都是非单调变化的,正常态电阻率是先减小后显著增加,并且随着压力的变化正常态还出现一个类似半导体到金属的转变。而对超导转变温度的分析我们认为在临界压力以下为低Tc的超导相,其随着压力的增加超导转变温度不断被压制,当压力大于临界压力时,出现高Tc的超导相。  论文第五部分对高压下(Li1-xFex)OHFeSe超导单晶的输运性质的研究进行了介绍。近期一个新的FeSe插层体系(Li1-xFex)OHFeSe超导体被合成出来,我们利用水热离子法生长出了高质量的单晶样品,并主要对该单晶进行了高压下的输运测量。发现(Li1-xFex)OHFeSe的超导电性会随着压力的增加而被压制,在0GPa到2.1GPa的范围内为负的压力效应。通过与K0.8Fe1.7Se2在压力下的结果比较分析我们认为这种负的压力效应主要与FeSe四面体层之间的距离有关。  论文最后一部分是对全文的总结。
其他文献
在铁基超导体中,FeSe化学组成和结构简单,物性丰富,特别是超导转变温度T_c可调范围广,是铁基高温超导机理研究的理想载体。高质量的样品是保障深入研究其机理的前提。为了获得高质量FeSe薄膜样品,在课题组以往工作基础上,我们系统和细致地探索了脉冲激光沉积制备单晶薄膜过程中涉及的关键工艺参数,并基于机器学习初步探讨了生长条件与T_c的关系模型。本论文的具体研究内容如下:(1)探索了FeSe薄膜的最佳