高压下“10-3-8”和“1111”型铁基超导体的电输运及磁学性质研究

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作为一种宏观量子现象,超导自发现以来一直是凝聚态物理的重要分支和研究热点。目前超导材料被广泛应用在电力、军事、医疗、交通输运等多个领域。人们一直致力于寻找超导转变温度更高的超导材料,铁基超导材料的发现,是超导界的一个重大进展,它是继铜基超导体之后发现的第二类高温超导体,拥有丰富的物理性质以及较大的潜在应用价值。但其高温超导机理目前仍未完全明确,是超导材料领域的研究热点和难点。压力是一种“纯净”的调控手段,它可以改变材料的物理性质又不会引入杂质。研究发现,高压条件可以改变铁基超导体的超导转变温度,这为探索其高温超导机理提供了一条新途径。本文在广泛调研了高压条件下铁基超导材料研究进展的基础上,对“10-3-8”和“1111”型两种铁基超导体在高压条件下的电输运和磁学性质进行研究。采用金刚石压砧(DAC)结合综合物性测量系统和磁学测量系统实现高压下铁基超导体的电阻率、霍尔系数、上临界磁场、磁化强度等测量,观察到了一些有趣的物理现象,并对其进行分析和讨论。本研究为探索铁基超导材料的超导机理提供了实验支持和数据积累,具有较重大的科学意义和研究价值。首先,我们对具有复杂结构的"10-3-8"型铁基超导体Ca10(Pt3As8)((Fe0.95Pt0.05)2As2)5在不同静水压下(最高压强P=5.24 GPa)电阻率随温度的变化进行测量,发现在0.77GPa5.24 GPa整个压力范围内Tc-P相图呈现拱形趋势,与一些铁基超导材料高压研究结果相似。通过对样品的高压磁化强度的测量,发现由磁性测量的超导转变温度Tc,m随压力变化趋势与电学测量的结果一致。另外,高压霍尔系数研究发现,材料以电子型载流子为主,随着压力增大霍尔系数减小即载流子浓度增大,费米面结构发生变化,这可能是影响超导转变温度变化的主要原因,也有人认为铁基超导体超导转变温度变化与铁砷层的As-Fe-As键角以及阴离子As相对于Fe层的高度有关系。然后,我们对"1111"型铁基超导体CaFe0.88Co0.12AsF进行高压电阻率、霍尔系数、磁阻以及磁化强度的测量(最高压力P=16.80 GPa),研究发现材料的超导转变温度随压力增大单调降低,但材料的霍尔系数几乎不变,这意味着载流子浓度和费米面结构不受压力影响。根据朗道-费米液体理论(FL理论),我们研究不同压力下样品电阻率与温度T的关系,研究发现,二次项系数A(衡量电子关联强度的参数)随压强增大而减小,而剩余电阻率几乎不变,这表明电子关联强度是影响材料超导电性的原因。
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