铁基“11”体系Fe1+ySe1-xTex的超导电性调控研究

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超导材料具有零电阻和完全抗磁性,不仅能够无损耗地传输电流,而且表现出超导凝聚的量子干涉效应,因而具有广阔的应用前景和丰富的物理内涵。一方面科学家不断优化提高超导体的临界温度,临界磁场和临界电流密度以拓宽超导材料的应用范围;另一方面科学家致力于寻求调控超导电性的有效方法,因为其不仅有助于理解超导机理,而且有利于推进超导材料的实用化。2008年发现的铁基超导体以其高的临界磁场和大的临界电流密度被认为是最具应用价值的一类超导体,本论文选择不含毒性元素的铁基“11”体系Fe1+ySe1-xTex为研究对象,发展了两种简单而有效的调控超导电性的方法,通过使用具有特殊性质的材料作为衬底,重点研究了Fe1+ySe1-xTex的超导电性、磁性与微结构的关联,此外我们还研究了最优掺杂的FeSe0.5Te0.5的磁通动力学,取得了一些原创性的结果。本论文共分为六章:  第一章,概述了超导材料的发现历程和基本物理性质以及超导理论,并回顾了两类典型的具有层状结构的高温超导体。  第二章,详细地介绍了铁硫族超导体的研究进展。  第三章,胶带对FeSe1-xTex输运、结构和磁性的调控研究。用胶带剥离大块FeSe0.5Te0.5单晶获得了许多厚度约为几十到几百纳米的小单晶薄片。通常胶带比FeSe0.5Te0.5单晶热收缩更快,因此一旦将FeSe0.5Te0.5小单晶薄片粘贴在胶带上,随着降温,胶带和小单晶薄片的热失配逐渐增大导致FeSe0.5Te0.5小单晶薄片被压缩。在15K时,FeSe0.5Te0.5小单晶薄片的ab面被压缩2.4‰,对应地超导临界温度被提高了1~2 K。此外,我们还利用胶带作为应变发生器研究了母体化合物Fe1.05Te,发现其反铁磁和结构相变向高温区展宽。  第四章,磁致伸缩效应对FeSe0.5Te0.5的超导电性调控研究。对于FeS-e0.5Te0.5,其超导电性非常敏感于微结构,因此调控其晶体结构不仅有助于理解超导电性而且对应用也非常重要。通过使用具有磁致伸缩效应的ZnCr2Se4单晶作为衬底,实现了原位调控FeSe0.5Te0.5的超导电性。将FeSe0.5Te0.5小单晶薄片安放在ZnCr2Se4衬底上,通过外磁场原位控制ZnCr2Se4衬底的磁致伸缩,输运研究表明:在超导临界温度附近,FeSe0.5Te0.5的磁阻与ZnCr2Se4的磁致伸缩一一对应,在压缩应力下,FeSe0.5Te0.5的超导电性被提高;而在拉伸应力下,FeSe0.5Te0.5的超导电性被抑制。  第五章,FeSe0.5Te0.5的磁通动力学研究。我们用胶带剥离的方法获得FeSe0.5Te0.5小单晶薄片并转移到300nm-SiO2/Si基衬底上,通过传统光刻技术结合热蒸镀金属的方法制备了微电极,系统地测量了FeSe0.5Te0.5小单晶薄片在不同温度和不同磁场下的E-J曲线,发现在低温或者低磁场(H<2 T)时,E-J曲线表现为幂指数关系(即双对数E-J曲线表现为直线)与VG相变理论不符。随着温度升高或磁场增大,双对数E-J曲线变为负曲率,跨过一条直线(即熔化线)后变为正曲率,其E-J关系能够用VG相变理论很好地标度,表明体系发生涡旋玻璃态到涡旋液态的相变。通过分析E-J关系,我们总结得到了FeSe0.5Te0.5混合态相图。  第六章,总结和展望。
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