几种含铕化合物中超导电性与磁性研究

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含有稀土元素的化合物由于其呈现出的丰富多彩以及奇异的物理性质，如中间价态、密度近藤（Kondo）效应及重费米子行为，一直是凝聚态物理中的研究热点。在这些化合物中往往存在着Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida（RKKY）相互作用和Kondo效应竞争。在一些含Eu化合物中，元素Eu可以出现不同程度的价态涨落，而价态的不稳定与非费米液体行为和奇异超导（SC）又密切相关。在Eu基体系中，一个很重要的特征是Eu的价态强烈的依赖于温度变化。本文在三种含Eu的层状化合物中重点研究了Eu的价态、磁性与超导三者之间的相互关系。
　　本论文主要对Eu3Bi2(S,Se)4F4、(Eu,Sr)3Bi2S4F4以及EuPt2As2这三种含Eu的化合物进行研究。在前面两种铋硫基化合物中，我们研究了掺杂对Eu的变价的影响以及与超导电性的关系，而对EuPt2As2单晶的测量我们给出了一个复杂的磁性测量。
　　我们通过固相反应法合成了一系列Se掺杂的Eu3Bi2(S,Se)4F4，研究了该系统中Se掺杂引致的负的化学压力效应。我们观察到，在电阻上，S位的Se掺杂使得一个类电荷密度波（CDW）异常被逐渐抑制到了低温，同时超导转变温度（Tc）提高。对于掺杂含量为50％的样品，其Tc达到了3.35K，超过了母体的两倍。对磁化率以及磁熵的数据结果分析显示，在该系统中，随Se掺杂浓度提高Eu的平均价态也在升高。这就意味着更多的电子可以从Eu转移到BiS2超导层，可能也是掺杂后Tc增加的主要原因。随后的霍尔测量证实了载流子浓度（空穴和电子）在Se掺杂后出现了很大幅度的提高。鉴于等价替代并不会引入更多的电子，我们认为在该系统中所观察到的掺杂效应主要是由Eu的变价导致的。
　　对于Eu3xSrxBi2S4F4这个体系，通过部分Sr替代Eu元素，我们发现Tc逐渐降低，对x>1.0的样品，超导现象在0.3K以上消失。对于组分为x=2.0的样品，其正常态的电阻率呈现出类似半导体的行为，而不再是低掺杂下的金属性行为。磁化率和比热的数据分析表明在Sr掺杂下，Eu2+和Eu3+的含量都在下降。Eu3+的减小对应着载流子浓度的降低，这可能是超导被抑制的主要原因。有意思的是，在比热上我们发现电子系数随Sr掺杂浓度的增加有很大程度的提升。我们认为这可能是由Eu2+的磁矩与导电电子之间的Kondo效应引起的。由于Kondo效应与超导是竞争的关系，这可能是该体系中Tc下降较快的另一个原因。
　　此外我们还用自助熔法合成了接近毫米量级的EuPt2As2单晶并仔细研究了其物理性质。低温下的电阻率、磁化率以及比热的测量均表示该样品存在两个反铁磁（AFM）转变TN1=7.1K和TN2=5.8K。从磁化率的结果上我们猜测在EuPt2As2中，当TN2< T

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作者
张攀;
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作者单位

浙江大学;

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授予单位浙江大学;
学科凝聚态物理
授予学位博士
导师姓名许祝安;
年度 2017
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 O492.1;O614.338;
关键词
铕化合物; 化学掺杂; 反铁磁转变; 超导电性; 电荷密度波; 近藤效应;

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