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本文的主要工作是采用高温高压的合成方法合成新型铁基超导材料,并利用高压低温技术研究其物理性质,主要包括金刚石压砧电阻测量,结构测量及同步辐射原位结构测量等。这些工作对于超导机制研究,尤其对新型铁基超导体机理的研究有重要意义。在攻读博士期间取得的主要研究结果如下:
一、高压合成1111体系铁基超导体。最早用高压合成的方法合成了最高Tc为55K的F掺杂SmFeAsO铁基超导体,随后高压合成了一系列缺氧的La系稀土铁基超导材料。此外作为主要成员之一,高温高压合成了一系列掺F和缺氧的ReFeAsO(Re=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy)铁基超导体。
二、研究了压力对铁基氧化物超导体ReFeAsO0.85(Re=Sm和Nd)的影响。
利用金刚石压砧,采用原位电阻测量的方法,研究了压力对铁基氧化物超导体ReFeAsO0.85(Re=Sm和Nd)的影响。在我们所研究的压力范围内。两个样品的超导转变温度都随着压力的升高而单调降低。压力对两个样品的Tc影响系数并不相同,说明层状结构中层内形变对超导转变温度Tc有着很重要的影响。通过第一性原理计算表明超导转变温度的下降与压力作用下费米面附近的电子态密度降低有关。
三、研究压力对超导转变温度不同的LaFeAsOδ和LaFeAs(O1-xFx)系列样品的影响。
通过不同方法合成的不同电子掺杂浓度的(掺F或者缺氧)LaFeAsO铁基超导体在常压下具有不同的超导转变温度。我们通过高压原位电学测量研究发现所有的样品(LaFeAsOδ,LaFeAs(O0.5F0.5)和LaFeAs(O0.89F0.11))的超导转变温度都有影响;开始都随着压力的增加而增加,当超导温度到达某个最高值后又随着压力的增加而降低。这种行为可以用高压下费米面附近的轨道简并度和电子态密度的变化来解释。
四、高压合成新型混合稀土铁基氧化物超导材料La1-xSmxFeAsO0.85。采用高温高压的制备工艺,与固相反应法相结合,成功合成了缺氧的(缺氧量0.15)、La-Sm不同比例(从1:0到0:1)的新型混合稀土铁基氧化物超导材料。这些材料具有与此前的铁基超导材料相同的晶体结构。随着Sm含量的增加,晶格常数随之减小,晶格受压缩程度增加,超导转变温度也随之不断升高。
五、研究了压力作用下Ni掺杂的FeSe0.88超导体的超导电性。
通过高压原位测量技术,研究了与新型铁基超导体具有相同晶体结构的Ni掺杂的FeSe0.88超导体,在常压下FeSe0.88的超导性质由于Ni掺杂被抑制以至超导性质消失。然而,通过高压下的原位电学测量以及结构性质研究发现,无论是超导性被抑制的样品还是超导性已经消失的样品在压力的作用下其超导转变温度都迅速升高到最大值37K后缓慢下降,随后超导电性均突然消失。压力下的超导温度提高以及超导性质出现来源于压力作用下反铁磁自旋涨落的增强。而最终超导性质突然消失是由于在高压下样品出现了非晶化。这一结论为我们的在高压下的X射线衍射研究以及透射电子显微镜结果所证实。