论文部分内容阅读
超导是凝聚态物理学界的一朵奇葩。在铜氧化物高温超导体被发现后，层状结构超导体一直备受关注，近期还发现了层状结构的铁基高温超导体。某些层状结构化合物由于层间的结合较弱，原子、有机分子等可以被引入到这些化合物的层间。这个过程被称为插层，合成的化合物被称为插层化合物。最近，在铜插层的CuxTiSe2化合物中，发现了Cu含量调制的电荷密度波和超导电性共存现象。2H-TaS2，作为一个典型的层状结构材料，是一个很好的研究插层效应的化合物。2H-TaS2中存在电荷密度波和超导电性，两者的转变温度分别为78 K和0.8 K。大量的实验表明，碱金属插层和有机物插层，都出现了压制电荷密度波和增强超导电性的现象。然而，在3d族过渡金属元素插层3d-TMxTaS2中，仅有Fe0.05TaS2被发现具有超导电性，其他3d-TMxTaS2化合物中低浓度插层的化合物尚未见报道。在本论文中，以层状结构材料2H-TaS2为研究对象，详细研究了3d族过渡金属元素的低浓度3d-TMxTaS2的单晶生长及其超导电性。具体内容如下：
1、采用化学气相输运法成功生长了低浓度的CuxTaS2系列单晶。通过详细的成分和结构表征，我们得到了Cu插层含量与结构的关系。通过电输运和磁输运性质测量，在CuxTaS2单晶中发现了超导电性，并得到了超导转变温度、结构与Cu含量关系的相图。
2、通过对电、磁、热输运性质的测量，系统地研究了Cu0.03TaS2单晶的超导态的各向异性和超导参数。Cu0.03TaS2的Ginzburg-Landau各向异性参数为5.1，小于母体2H-TaS2的值8。这表明Cu插层导致了各向异性的降低。比热测量结果得到的Cu0.03TaS2的电子比热系数大于2H-TaS2的值。通过比热测量还得到了包括超导转变处比热跃变、能隙参数、电声子耦合强度等在内的各项超导参数。实验结果证明了Cu0.03TaS2是一个各向异性、中等耦合强度的BCS机制超导体。通过理论计算，发现了Cu插层后，费米面处态密度值下降，但是费米面处体积增加，可以很好的解释观察到的电子比热的增加。另外，结算的能带结果显示，Cu插层后载流子使电荷密度波能隙被填充，载流子浓度增加，可以很好的解释电荷密度波转变温度的抑制和超导转变温度的提高。
3、详细研究了Cu0.03TaS2单晶样品正常态的各向异性输运性质。发现了Cu插层导致了各向异性的降低。通过各向异性输运测量，发现了c轴电阻率峰现象，且加场下测量的c轴电阻率温度关系和不同温度测量下的磁致电阻结果都发现了c轴电阻率峰被逐渐抑制。通过磁场下的电输运测量，发现由面内电阻率温度关系曲线pab(T)和c轴电阻率温度关系曲线pc(T)确定的零电阻温度存在差异，且这种差异随外加磁场增加而增大。
4、采用flux方法成功生长出低Ni浓度的(NixTa1-x)S2-2x系列单晶。通过结构分析发现，(NixTa1-x)S2-2X的c轴单胞常数小于母体值。笔者将原因归因于Ni进入了Ta的晶格位置。通过电输运和磁性质测量，发现了(NixTalx)S2.2x系列单晶的超导电性，并得到了超导转变温度与Ni含量关系的相图。笔者还研究了(Ni0.04Ta0.96)S1.92的热输运性质，并得到了(Ni0.04Ta0.96)S1.92的超导参数。(Ni0.04Ta0.96)S1.92电子比热系数大于母体2H-TaS2的值。结果表明，(Ni0.04Ta0.96)S1.92是一个中等耦合强度的BCS机制的超导体。