铁基超导Ca(Fe0.88Co0.12)AsF和Ba(Fe0.943Co0.057)2As2的高压电磁输运研究

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铁基超导在超导临界转变温度、上临界磁场、各向异性和晶界载流能力等方面表现出优异的性能,研究发现物理压力可以提高铁基超导体的超导转变温度,为进一步探索超导机理提供了途径。本论文采用金刚石压砧技术对铁基超导掺钴的Ca(Fe0.88Co0.12)As F和Ba(Fe0.94Co0.06)2As2在高压下的电磁输运行为进行了系统的实验和研究,主要利用综合物性测量系统(PPMS)和磁学测量系统(MPMS)进行了高压下电阻率-温度、超导上临界磁场、霍尔效应以及磁化强度等性能的研究,并初步探讨电磁输运的物理机制。研究Ca Fe0.88Co0.12As F发现:常压下,单晶样品的超导转变温度Tconset=21.9K(ρn90%);压力在3.24~9.1 GPa时,在300~0 K,电阻率先下降再上升,最后进入超导态;压力增加到10.6~17.4 GPa时,电阻率先下降再上升,超导态消失;压力增大,电阻率减小,超导转变温度向低温移动,压力抑制了超导电性,原因可能是费米面与相邻的导带底之间能隙太大,增大压力无法使费米面与导带底重合。增大空间磁场,超导转变温度降低,原因是电子自旋受到强磁场影响,“库伯对”被破坏,超导电性被抑制甚至彻底消失。利用经验公式Hc2(T)=Hc2(0)(1-T/Tcn做不同压力下的上临界磁场曲线的拟合,发现曲线在低温处都存在明显的上升曲率,即超导的一种多段特征,并得到Hc2(0)=10.6~17.1 T,n=1.22~1.48。在不同压力和温度下的霍尔系数均为10-9m3/C量级,且随温度升高而减小,表明温度的降低加快了电子从电荷库层转移到铁砷层,为实现超导电性提供了载流子。通过磁化强度和电输运测量最终得到拱形Tc-P相图,发现电输运的Tc与磁输运的Tc,m的变化趋势基本一致,电输运曲线略高于磁输运。研究Ba(Fe0.94Co0.06)2As2发现:样品在进入超导态之前,压力1.56~7.89GPa,随着温度的降低电阻率下降,表现为电输运金属行为;压力P=1.56GPa时,自旋密度波相变温度Tsdw=31K,压力继续增大,电阻上翘现象消失,说明压力抑制了自旋密度波相变。根据Tc-P拟合曲线,超导转变温度随压力增大先增大后减小,P=3.72 GPa时,样品的超导转变温度最高,Tc=27.8 K。利用经验公式Hc2(T)=Hc2(0)[1-(T/Tc2]/[1+(T/Tc2]得到Ba(Fe0.94Co0.06)2As2在上临界磁场的拟合曲线,该曲率是下降的;通过计算1.56、2.28和3.72 GPa压力下的拟合曲线,确定上临界磁场Hc2(0)的范围50.23~56.62 T;样品的霍尔系数始终为负值,压力增大,霍尔系数减小,使超导电性更容易实现。磁化强度获得的Tc,m-P曲线与电输运过程的Tc-P曲线变化趋势也基本一致。
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