CeTX3型非中心对称重费米子化合物超导电性的高压研究

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非常规超导体的超导机理一直是凝聚态物理研究的核心问题,特别是对磁性与超导电性之间的相互作用以及量子临界现象的研究被认为有助于建立非常规超导体超导机理的统一理论。压力作为一种重要的调控参量,由于不引入化学复杂性而具有其独特的优势,可以有效地改变晶体结构以及相应的物理性质。本论文主要利用高压下的输运测量、磁化率测量以及比热测量并结合同步辐射X射线衍射与吸收测量等一系列高压原位测量手段对非中心对称重费米子化合物CeRhGe3进行了高压物性的研究,取得的实验结果为理解Ce基重费米子超导体的超导机理提供了新的有价值的信息。本论文的主要内容包括以下四个方面:  第一章简要综述了重费米子超导体的发现和研究进展情况。通过与常规超导体的比较,介绍了重费米子超导体的基本特征和典型相图。着重介绍了在三类非常规超导体中都存在的量子临界现象以及与量子临界相关的问题,同时强调了重费米子超导体中由于f电子的巡游和局域的双重性所导致的量子临界现象的复杂性。特别在CeAu2Si2中发现,在压力的作用下超导转变温度与反铁磁转变温度同时随着压力的增加而增加的反常现象,意味着更加复杂的磁性与超导电性之间的关系。除了磁关联的超导转变之外,还简单介绍了在重费米子超导体中与价态关联的超导转变理论以及低温电阻标度分析方法。另外,对高压在研究重费米子超导体中的重要作用做了简要介绍。最后,介绍了本文重点研究的非中心对称重费米子超导体的发现和研究进展情况。  第二章主要介绍了典型的高压实验技术以及本研究中主要使用的实验设备。主要介绍了金刚石对顶压砧在高压输运测量、交流磁化率测量以及同步辐射X射线衍射和吸收测量中的应用,同时简要介绍了利用Toroid-型的压力腔实现比热测量的方法。最后,介绍了主要为研究重费米子化合物而搭建的高压—极低温测量系统。  第三章介绍了我们对典型的CeTX3(T=Co、Rh、Ir,X=Si、Ge)型非中心对称重费米子化合物家族中CeRhGe3的高压研究结果。通过高压比热测量,发现CeRhGe3的两个反铁磁转变温度在5GPa之前都随着压力的增加而增加。更高压力下的电阻测量实验发现两个反铁磁转变温度在13.7GPa附近发生合并,随后随着压力的增加而减小。在20GPa附近发现压致超导现象。高压XRD的实验结果表明,CeRhGe3中的压致超导行为并非起源于结构相变,表明超导态仍然具有非中心对称的结构。至此,在六种典型的CeTX3(T=Co、Rh、Ir,X=Si、Ge)型的重费米子化合物中,除了处于混合价态的CeCoSi3之外,都发现了压致超导现象,有助于对这个家族进行系统的对比研究和完整的理解。  第四章主要介绍六种典型的CeTX3(T=Co、Rh、Ir,X=Si、Ge)型的重费米子化合物的对比研究结果,并讨论了价态涨落在CeRhGe3的超导形成中可能起到的作用。通过建立起常压下的晶胞体积(V0)、达到最大超导转变温度(TCmax)时对应的临界压力(Pcrit)以及临界压力(Pcrit)处对应的临界晶胞体积(Vcrit)之间的关系,可以看出超导的形成需要达到最优的Kondo杂化,同时较强的自旋—轨道耦合作用有助于提高超导转变温度。对CeRhGe3的低温电阻进行标度分析表明,在(~22.0GPa,~-20.0K)处存在一级价态相变的临界终点,但是由于临界终点对应的温度是负值,意味着并不会发生真正的一级价态相变而是发生价态的crossover。我们认为与一级价态相关的价态涨落仍然对低温物性的形成起到重要的作用,比如超导态的形成以及临界压力处非费米液体的形成等。
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