几种3d过渡族金属化合物的结构与物性研究

论文摘要

3d过渡族金属化合物在探索高温超导材料的研究中占据重要地位,高温超导体的两大超导家族分别是Cu基超导体和Fe基超导体,其中Cu基超导体包含3d过渡族金属Cu,Fe基超导体包含3d过渡族金属Fe。因此研究3d过渡族金属化合物可以帮助我们理解高温超导机理及探索潜在的超导体。本论文主要关注3d过渡族金属家族中的铁硒基及锰铋基化合物,对其结构和物性进行了详细地研究,最后简单介绍镍砷基“3442”型新化合物的合成。主要研究结果如下:1.通过改变Lix（C2H8N2）yFe2Se2合成条件,我们实现了Lix（C2H8N2）yFe2Se2中Li掺杂浓度在x=00.8范围内的连续调控,同时得到了Lix（C2H8N2）yFe2Se2随Li掺杂浓度变化的结构和超导相图。通过分析发现Li掺杂浓度为x=0.35时Lix（C2H8N2）yFe2Se2不仅发生了从正交相到四方相的结构相变,同时实现了铁硒基超导体中Li掺杂浓度和超导转变温度的连续调控。Lix（C2H8N2）yFe2Se2的结构和超导相图表明相比于FeSe层间距,载流子掺杂浓度是决定超导转变温度的关键因素。变温中子粉末衍射解析出的晶体结构表明FeSe四面体在150 K到295 K发生明显的畸变,与此同时230 K以上霍尔系数从负变为正代表支配的空穴型载流子出现,暗示温度诱导的结构形变导致费米面重构及空穴型口袋的出现。2.设计合成一种新化合物Li2FeSe2,采用一个Li原子占据Fe位形成Li/Fe混占位。变温粉末X射线衍射结果表明Li2FeSe2随着温度的降低没有结构相变。磁学性质研究表明其为自旋玻璃,采用S替代Li2FeSe2中的Se,自旋玻璃冻结温度逐渐提高,电阻测量表明Li2FeSe2和Li2FeS2均为满足热激活模型的半导体。3.采用Bi助熔剂法成功生长出Ba1-x（Rb/Cs）xMn2Bi2（x=0.1780.472）系列单晶,X射线衍射谱表明晶体沿着垂直于c轴方向解离。放大的（008）衍射峰表明随着碱金属掺杂量的增加衍射峰逐渐向低角度移动,表明c轴逐渐增大,这与Ba1-x-x KxMn2Bi2中强的p-d轨道杂化导致c轴随着K掺杂量的增加而逐渐减小不同,说明在Ba1-x（Rb/Cs）xMn2Bi2中离子半径的影响高于p-d轨道杂化。电阻测量表明碱金属掺杂使BaMn2Bi2从半导体转变为金属。磁化率测量表明Ba1-x（Rb/Cs）xMn2Bi2（x=0.1780.472）为反铁磁,随着碱金属掺杂浓度的增加,反铁磁转变被抑制的很缓慢,这种强的反铁磁阻碍了超导电性的出现。磁化率在80K以下随着温度的降低而上升,电子自旋共振测量表明样品在低温下仍旧是反铁磁,暗示低温下Mn原子磁矩发生倾斜。4.采用Bi助熔剂法成功合成了准一维反铁磁金属RbMn6Bi5。单晶X射线衍射及高角环形暗场像表明RbMn6Bi5是由碱金属Rb+隔离的[Mn6Bi5]-原子链组成。磁学测量表明RbMn6Bi5具有82 K的反铁磁转变温度。电阻测量表明RbMn6Bi5具有明显的电阻各向异性,符合准一维材料特点。第一性原理计算表明RbMn6Bi5是非共线反铁磁,五边形中的Mn原子磁矩呈螺旋排列,类似于常压下MnP的磁结构,因此对RbMn6Bi5施加压力有可能诱导超导电性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 超导物理发展史简介
•   1.2 铜氧化物高温超导体概述
•   1.3 铁基超导体
•     1.3.1 铁砷基超导体
•       1.3.1.1 “1111”型铁砷基超导体
•       1.3.1.2 “122”型铁砷基超导体
•       1.3.1.3 “111”型铁砷基超导体
•       1.3.1.4 多离子插层铁砷基超导体
•       1.3.1.5 超结构体系
•     1.3.2 铁硒基超导体
•       1.3.2.1 “11”型铁硒基超导体
•       1.3.2.2 新“122”型铁硒基超导体
•       1.3.2.3 有机分子插层铁硒基超导体
•   1.4 铬基、锰基和镍基超导体
•     1.4.1 铬基超导体
•     1.4.2 锰基超导体
•     1.4.3 镍基超导体
•   1.5 反铁磁与自旋玻璃
•   1.6 本论文的选题依据及主要研究内容
• 第2章 实验方法和原理
•   2.1 样品制备
•     2.1.1 溶剂热法
•     2.1.2 固相合成法
•     2.1.3 助熔剂法
•   2.2 样品表征手段
•     2.2.1 X射线衍射
•     2.2.2 中子粉末衍射
•     2.2.3 Rietveld方法精修晶体结构
•     2.2.4 PPMS综合物性测量系统
•     2.2.5 电子显微镜
•     2.2.6 电感耦合等离子体发射光谱仪
• x（C₂H₈N₂）_yFe₂Se₂（x=0～0.8）的结构与超导相图研究'>第3章 Li_x（C₂H₈N₂）_yFe₂Se₂（x=0～0.8）的结构与超导相图研究
•   3.1 引言
• x（C₂H₈N₂）_yFe₂Se₂（x=0～0.8）的合成'>  3.2 Li_x（C₂H₈N₂）_yFe₂Se₂（x=0～0.8）的合成
• x（C₂H₈N₂）_yFe₂Se₂（x=0～0.8）的晶体结构与掺杂浓度相图'>  3.3 Li_x（C₂H₈N₂）_yFe₂Se₂（x=0～0.8）的晶体结构与掺杂浓度相图
• x（C₂H₈N₂）_yFe₂Se₂（x=0～0.8）的磁学性质'>  3.4 Li_x（C₂H₈N₂）_yFe₂Se₂（x=0～0.8）的磁学性质
• 0.5（C₂H₈N₂）_yFe2Se2的物性'>  3.5 Li_0.5（C₂H₈N₂）_yFe2Se2的物性
• （0.31）（3）（C₂H₈N₂）_{（0.52）（7）}Fe_{（2.03）（2）}Se₂的晶体结构'>  3.6 Li_{（0.31）（3）}（C₂H₈N₂）_{（0.52）（7）}Fe_{（2.03）（2）}Se₂的晶体结构
•   3.7 本章小结
• 2FeX₂(X=Se, Se_0.5S_0.5, S)的合成、结构与物性研究'>第4章 Li₂FeX₂(X=Se, Se_0.5S_0.5, S)的合成、结构与物性研究
•   4.1 引言
• 2FeX₂(X=Se, Se_0.5S_0.5, S)的合成'>  4.2 Li₂FeX₂(X=Se, Se_0.5S_0.5, S)的合成
•   4.3 第一性原理计算
• 2FeSe₂的晶体结构'>  4.4 Li₂FeSe₂的晶体结构
• 2FeX₂(X=Se, Se_0.5S_0.5, S)的物性'>  4.5 Li₂FeX₂(X=Se, Se_0.5S_0.5, S)的物性
•   4.6 本章小结
• 2Bi₂单晶的强反铁磁性'>第5章 碱金属掺杂BaMn₂Bi₂单晶的强反铁磁性
•   5.1 引言
• 1-x（Rb/Cs）_xMn₂Bi₂单晶的合成'>  5.2 Ba_1-x（Rb/Cs）_xMn₂Bi₂单晶的合成
• 1-x（Rb/Cs）_xMn₂Bi₂单晶的形貌与晶体结构'>  5.3 Ba_1-x（Rb/Cs）_xMn₂Bi₂单晶的形貌与晶体结构
•   5.4 异常抗磁信号的来源
• 1-x（Rb/Cs）_xMn₂Bi₂单晶的物性'>  5.5 Ba_1-x（Rb/Cs）_xMn₂Bi₂单晶的物性
•   5.6 本章小结
• 6Bi₅的结构与物性研究'>第6章 准一维螺旋反铁磁金属RbMn₆Bi₅的结构与物性研究
•   6.1 引言
• 6Bi₅单晶的合成'>  6.2 RbMn₆Bi₅单晶的合成
• 6Bi₅的晶体结构'>  6.3 RbMn₆Bi₅的晶体结构
• 6Bi₅的物性'>  6.4 RbMn₆Bi₅的物性
•   6.5 第一性原理计算
•   6.6 本章小结
• 3-xSr_xNi₄As₄O_2-δ 系列材料的合成与物性研究'>第7章 La_3-xSr_xNi₄As₄O_2-δ系列材料的合成与物性研究
•   7.1 引言
• 3-xSr_xNi₄As₄O_2-δ 的合成方法'>  7.2 La_3-xSr_xNi₄As₄O_2-δ的合成方法
• 3Ni₄As₄O₂合成产物的影响'>  7.3 O空位对La₃Ni₄As₄O₂合成产物的影响
• 3-xSr_xNi₄As₄O_2-δ 的物性研究'>  7.4 La_3-xSr_xNi₄As₄O_2-δ的物性研究
•   7.5 “3442”体系一些新化合物的合成探索
•   7.6 本章小结
• 第8章 总结与展望
• 参考文献
• 个人简历及发表文章目录
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 赵琳琳

导师: 陈小龙

关键词: 基超导体,自旋玻璃,锰磷族化合物,反铁磁,准一维材料

来源: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学

单位: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

分类号: O511.3;O611.2

总页数: 133

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