1111相铁基超导体的单晶制备和Zn杂质效应

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不断寻找拥有更高临界温度的超导体一直是凝聚态物理中的热点课题。2008年发现的铁基高温超导体开启了继铜氧化物超导体之后新一轮的高温超导研究热潮。铁基超导材料的发现,为破译高温超导机理提供了一种新的研究角度,也为探索更高临界温度的超导体系提供了启示。本硕士论文主要针对1111相铁砷超导体和铁磷超导体开展了实验研究,主要内容和结果如下:(1)成功地生长出1111相铁基化合物母体SmFeAsO单晶和超导单晶SmFe1-xCoxAsO(x=0.1,0.2),研究了输运性质,为进一步开展角分辨光电子能谱等测量奠定了基础。(2)研究了非磁杂质Zn对FeP基超导体LaFePO0.94F0.06的超导电性的影响,发现Zn具有强的拆对效应,喻示了带有节点的超导能隙,提供了超导配对对称性的相关信息。全文共分四章,第一章为绪论,介绍了铁基超导体的各结构类型及其中的FeP、NiP基超导体的研究现状,铁基超导体的母体特性和Zn掺杂效应;第二章介绍了样品的制备及物性测量方法。第三章介绍了SmFeAsO和SmFe1-xCoxAsO(名义组分x=0.1,0.2)单晶的合成及其输运性质的研究工作。我们以NaAs作助熔剂,采用助熔剂生长法,首次生长出毫米量级的SmFeAsO和SmFe1-xCoxAsO单晶。这种生长方法给其他1111相铁基超导体单晶的生长提供了借鉴。我们对样品的结构分析发现,样品的纯度非常高且具有很好的c轴取向,SmFeAsO中Co的掺入导致了c轴的减小。对样品输运性质的研究发现,SmFeAsO母体单晶在140K附近出现反铁磁自旋密度波相变,在低温6K附近磁化率出现尖峰,对应于Sm离子的反铁磁序。SmFe1-xCoxAsO单晶在14K出现陡峭的超导转变。对SmFe0.9Co0.1AsO单晶ab面内的电阻率ρab和c轴方向的电阻ρc的测量发现,pc/ρab~46,表明其具有较大的各向异性,并且它基本不随温度的改变而变化。后期的退火处理使样品中Co的含量更加均匀,整体上来看样品质量更好。在SmFe1-xCoxAsO中,由于Co的3d电子具有巡游性,在体系中引入了导电电子,Hall效应的测量证实该体系为电子型掺杂。第四章报道了FeP基超导体LaFePO0.94F0.06中的非磁杂质Zn的掺杂效应。在LaFePO1-xFx体系中,选取最佳掺杂T0=7K的LaFePO0.94F0.06超导体,用Zn对Fe元素进行部分替代。我们发现,Zn的掺入使晶格常数a,b,c都增大。而且,仅1%的Zn掺杂就可以破坏超导电性。具有能隙节点的超导体对非磁杂质非常敏感。我们的结果与d-wave或S±-Wave超导配对对称性相符合。
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