CuxNbSe2体系的物性及高压诱导下物性改变的研究

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自从人们成功剥离出石墨烯后,二维材料的研究吸引了众多学者,其中过渡金属硫族化物(TMDs)因其具有良好的环境稳定性和丰富的电学性质而受到了广泛的关注。2H-NbSe2作为TMDs的代表材料,其同时具有超导性能和电荷密度波等复杂特性。科研人员对2H-NbSe2的晶体结构、电磁性质、能带结构进行了探索研究。其超导转变温度Tc=7.2 K,该Tc明显高于已知的许多其他TMDs超导体(2-4 K)。化学掺杂是调制材料物性的一种有效手段,对于材料的物性研究具有重要意义。通过研究掺杂对2H-NbSe2超导电性的影响,可以进一步探索2H-NbSe2超导机制。压力作为常规热力学参数,是一种调谐原子/分子距离的干净且有用的工具。多数物质中的相互作用都与内部原子/分子之间的间距有关,对材料施加高压,可以诱导材料发生电子、结构等相变。通过高压可以调超导体的物性,为研究超导材料供了完美的平台。本文中,使用化学气相输运法制备了 CuxNbSe2单晶(x=0、0.02、0.045、0.07)。通过综合物性测量系统PPMS、磁学测量系统MPMS及金刚石压砧技术的结合,分别测量了Cu掺杂下及压力调制下的CuxNbSe2单晶的电阻率ρ、超导转变温度Tc、上临界磁场Hc2及磁化强度M等超导物性。论文的主要内容和成果如下:1.Cu掺杂对CuxNbSe2的超导电性起抑制作用。当掺杂量达到一定程度,x=0.055,超导转变温度(Tc=3.5 K)稳定到TMDs超导体的通常值,2-4 K。这可能是由于Cu掺杂引入了非磁性无序,抑制了 NbSe2中产生较高Tc的配对通道。2.绘制了上限临界磁场Hc2与温度T的关系图,Tc附近的Hc2与T成线性关系,使用WHH表达式估算了不同掺杂下的零温上临界磁场Hc2(0)。结果表明,随着Cu掺杂的增加,Hc2(0)随之降低。进一步,通过计算获得了 CuxNbSe2的相干长度ξGL(0),随着Cu掺杂的增加,ξGL(0)逐渐增加。3.压力调制下,随着压力的增大,Cu0.02NbSe2单晶的超导转变温度Tc先增大后减小,在压力范围内TP相图呈现一个拱形趋势。研究不同压力下,磁化强度随温度的变化,在压力范围内,磁测量转变温度Tcm先增加后减,与高压电输运测量结果一致,进一步证实了压力对Cu0.02NbSe2超导转变温度Tc的影响。4.使用WHH表达式估算了不同压力下Hc2(0),在压力范围内,Hc2(0)随着压力增大而减小,表现出特殊的依赖性。5.在T=10 K,发现不同压力下,霍尔系数RH始终是负的,且其数值几乎不受压力的影响,RH≈-8.4 × 10-10m3/C。这表明,载流子密度甚至费米表面的形状几乎不影响其超导性,简化了检查影响超导电性的因素。
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