5d金属硫族化合物IrTe2超导体及稀土钡铜氧高温超导体的生长和物理性质研究

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过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenide，TMD)是一大类非常有意思的材料。很多TMD具有层状结构，具有较大的可调控性。在一定的温度下，层状TMD通常会表现出电荷有序相---电荷密度波(charge density wave,CDW)。和一维体系不同，TMD系统中的CDW物理起源不仅仅局限于费米面的嵌套，还具有丰富的物理特性。同时，对TMD材料进行掺杂，能够通过抑制CDW来产生超导电性。CDW--超导相图和高温超导中反铁磁--超导相图非常类似，引起大家的广泛兴趣。CDW和超导态之间的竞争和共存是凝聚态物理中一个非常重要的问题。含有5d元素 Ir的层状结构TMD---IrTe2是其中一个非常有意思的体系。IrTe2母体材料表现出类似CDW的行为，同时伴随着结构相变。通过掺杂在IrTe2中也实现了超导态。由于Ir是5d元素，具有非常大的自旋轨道耦合（spin-orbital coupling，SOC），这个体系被认为有可能存在拓扑超导态。同时，IrTe2中类似CDW的行为，被认为和费米面嵌套无关，其类CDW行为由结构相变导致，物理起源可能和Te的二聚化有关。本论文将 IrTe2体系作为主要研究对象，通过不同的元素掺杂，制备出高质量的单晶和多晶材料，结合多种测量手段系统地研究了 IrTe2体系中超导态的特性以及 IrTe2结构性相变起源的问题。同时，本论文还从晶体生长和结构稳定性角度出发，研究了稀土钡铜氧高温氧化物（RE123）超导薄膜的热稳定性。主要结果如下：
　　1)利用化学气相传输法制备出高质量 Ir0.95Pd0.05Te2单晶。利用输运性质测量研究了其宏观超导特性，确定了基本超导参数。利用扫描隧道显微镜/扫描隧道谱测量了超导能隙结构和磁通漩涡。实验发现，在400mK温度下，Ir0.95Pd0.05Te2表现出弱耦合BCS型s波超导态，没有存在拓扑超导态的迹象。利用角分辨光电子能谱对Ir0.95Pd0.05Te2电子能带结构进行了详细研究，我们的实验数据表明费米面嵌套理论和马鞍点嵌套理论都不能用来解释IrTe2体系的类CDW或结构性相变问题。
　　2)利用固态反应法，制备了高质量的多晶样品Ir1-xNixTe2，并对其输运性质和磁学性质进行了详细研究。发现，虽然Ni是一种磁性元素，但是在很小的一个掺杂范围内(x=0.05和0.06)体系仍然能够形成超导相。同时，和Pd掺杂不同，Ni掺杂样品中结构性相变温度并不是单调下降，而是出现一个先降低后升高的行为。3d元素Ni的SOC系数远小于Ir，通过和理论计算比较，我们认为掺杂引起的SOC作用的减小是结构性相变温度非单调变化的可能原因。
　　3）通过简单的单一底部加热的马弗炉,利用炉膛的垂直空间，成功地生长了两层YBa2Cu3Ox(YBCO)超导块体材料。实验发现，籽晶薄膜在包晶反应温度以上至少能保持15个小时不熔化。此外，我们还利用高温金相显微镜实时观察了不同 NdBCO薄膜的熔化行为，和没有缓冲层的薄膜热稳定相比，带有缓冲层的薄膜具有更高的热稳定性，这与薄膜材料中晶粒粗化/YNd123结晶效应和扩散溶解效应之间的竞争有关。

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作者
于德京;
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作者单位

上海交通大学;

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授予单位上海交通大学;
学科物理学
授予学位博士
导师姓名钱冬;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类超导体、超导体材料;
关键词
5d金属硫族化合物; IrTe2超导体; 稀土钡铜氧高温超导体; 物理性质; 热稳定性;

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