新型VA族金属铋、锑基化合物的合成及物性

来源 :杭州师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:z19910620
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探索新物态、新现象及其物理性质一直是凝聚态物理研究的热点。近年来一些含有VA族元素的化合物所表现出来的奇异的物理性质吸引了大家的浓厚兴趣。例如:具有层状结构的新型BiS2基超导体的发现,和含有P,As的拓扑外尔半金属的预言和实验验证,尤其受到了热切关注和研究。  本论文的研究主要集中在两个方面:(1)对最新发现的BiS2基化合物SrFBiS2进行掺杂效应研究,一方面通过Sr位掺杂磁性稀土元素Ce和Pr,另一方面用Se完全替换S,构成新的化合物SrFBiSe2,并且在Sr位掺杂稀土元素La,通过两个晶位的掺杂研究体系的超导电性和输运性质。(2)合成新的拓扑半金属TaSb2,并对样品进行输运性质的测试。获得的主要创新性成果如下:  (1).通过X射线衍射,电输运,磁化率和比热测试,我们在Sr0.5Ce0.5FBiS2样品中发现,在温度低于7.5K时,Sr0.5Ce0.5FBiS2经历了铁磁相变,紧接着在2.8K出现了超导电性,是一个铁磁性与超导共存的稀有超导体。通过Ce掺杂进Sr位,不仅为BiS2层提供了载流子,同时在绝缘层SrF层引入铁磁序。  (2).我们发现Sr0.5Pr0.5FBiS2常压在2.7K出现超导电性,通过外加压力,样品的超导电性显著提高,在临界压力Pc=1.5GPa时样品Tc陡然提高到8.5K,并且随压力增加,Tc逐渐提高,当压力达到2.5GPa时样品Tc达到9.7K。同时,在压力下样品由低Tc相过渡到高Tc相,样品的正常态也由半导体转变到金属行为。此外,我们也发现在高压下样品的上临界场显著提高并且超出了Pauli順磁极限。因此,我们建立了Sr0.5Pr0.5FBiS2样品的电子态相图。  (3).在SrFBiS2系统中用Se完全替换S,并且在Sr位掺杂稀土元素La,我们成功合成了Sr0.5La0.5FBiSe2样品,通过电阻率和磁化率测试,我们在Sr0.5La0.5FBiSe2样品中发现了高达3.8K的超导电性。研究发现Sr0.5La0.5FBiSe2样品在常压下具有很好的金属性,这一行为与正常态为半导体行为的BiS2基化合物有着显著地不同。特别的是,外加压力,样品的Tc逐渐降低,但是Tmin却移向高温。更奇怪的是,样品的正常态的电阻率的绝对值则随压力增加先减小后增大,直到压力达到最大值2.5GPa。这些结果说明Sr0.5La0.5FBiSe2样品的费米面的电子结构与其他BiS2基系统可能本质上是不同的。  (4)拓扑绝缘体和拓扑半金属材料由于展现出奇异的量子现象而引发了人们的极大关注。近来,我们发现了一个新的拓扑半金属(TSMs)TaSb2,它是具有底心单斜的中心对称型晶体结构化合物,常压无场情况下具有很好的金属性。当外加磁场时,低温下电阻表现出半导体行为随后在13K以下出现饱和电阻率平台,并具有很高的载流子迁移率和极大的磁阻(XMR)。通过量子振荡和理论计算,我们发现体系是具有非平庸Berry相的拓扑半金属化合物。此外,当B//I时,我们探测到负磁阻行为,并随磁场达到9T时依然没有饱和。至此,在中心对称的TaSb2体系中同时观测到饱和电阻平台和负磁阻的现象,为迸一步理解拓扑半金属材料的量子行为打开了新的思路和途径。
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