FeSexTe1-x单晶与铋基氧化物的磁通动力学

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2008年,Hosono等人首先发现了铁基超导体LaO1-xFxFeAs(1111相),其超导临界温度可达26 K。随后,中国科学家通过掺杂、加压等手段将1111相超导体超导临界温度提高到了 56 K。接着,122相超导体(Ba,K)Fe2As2、111相超导体LiFeAs和11相超导体FeSe等相继被发现。铁基超导体和铜基超导体一样具有层状结构,且有较小的各向异性、较大的相干长度等优点。Ba1-xKxBiO3-C(BKBO)和BaPb1-xBixO3-δ(BPBO)超导体是在BaBiO3母体的基础上进行不同位置掺杂得到的,其结构为简单的立方钙钛矿结构,其相干长度比铜基超导体的长,而且其导电性和超导性质被认为是各向同性的。正因为铁基超导体、BKBO超导体和BPBO超导体具有以上的优点,所以这些材料具有潜在的实用价值,深入研究它们的磁通动力学等性质具有重要意义。本论文对FeSexTe1-x单晶、Ba0.67K0.33Bi03-δ单晶、BaPb1-BixO3-δ多晶样品的结构、磁性、超导电性进行了详细的研究,得到了样品的上临界场、临界电流密度、各向异性、钉扎势及磁弛豫率等结果,给出了样品的相图,讨论了样品的磁通动力学行为。本论文分六个章节,每章内容概括如下:第一章首先介绍了超导的发现及发展历程,超导的一些重要概念及磁通动力学理论,然后介绍了 FeSexTe1-x、BKBO和BPBO超导体的研究历史及进展。第二章介绍了 FeSexTe1-x单晶、Ba0.67K0.33BiO3-δ单晶、BaPb1-xBixO3-δ多晶的制备方法及实验方法。第三章首先给出FeSexTe1-x单晶样品的结构表征结果,然后对FeSexTe1-x(x =0.5,0.4)两组样品在不同磁场下电阻率的温度关系和不同温度下磁滞回线进行了测量,着重深入研究了其磁通性质。通过分析不同温度和磁场下的ρ-θ数据和不同磁场及位形下的ρ-T数据,对样品的上临界场、各向异性进行了研究,发现样品具有较高的上临界场和较弱的各向异性,并利用磁通蠕动模型研究了样品的钉扎势。通过FeSe0.5Te0.5磁滞回线数据,发现样品具备较大的临界电流密度,而且样品中出现了第二峰效应。从归一化钉扎力密度上发现,只有一个峰出现,这说明样品中只有一种钉扎中心。根据Dew-hughes模型,我们推断这种钉扎中心应该是正常芯子钉扎。最后用动力学弛豫方法研究了其磁弛豫特性。第四章主要研究了 Ba0.67K0.33BiO3-δ单晶的磁通性质。我们测量了磁场为0.5 T温度为25.5 K时样品电阻随磁场方向的变化关系ρ-θ,并用不同的模型对该曲线进行了拟合。Ba0.67K0.33Bi03-δ样品中出现的四重对称性可能与超导电子配对机制有关,即Ba0.67K0.33BiO3-δ电子对存在dx2-y2的分量。然后测量不同磁场分别沿电阻极大和极小值方向的电阻随温度的变化关系,得到磁通相图。相图上不可逆线与上临界场线间的区域较小表明,样品中钉扎较强,涨落较弱。利用磁通蠕动模型获得的较大钉扎势也证明了样品中的强钉扎。第五章主要给出了 BaPb1-xBixO3-δ多晶的磁通动力学性质。通过测量不同样品的电阻温度关系,得到BaPb1-xBixO3-δ的相图。该相图可分为金属、半导体和超导三个区域,其中超导临界温度Tc与x关系曲线呈抛物线形状。利用1-Tc/Tcmax=A(x-xc)2对实验结果进行拟合,确定样品的最佳掺杂值约为x = 0.223,与铜氧化物超导体中的结果相类似。然后我们选择四个有代表性的样品进行磁通动力学性质研究,分别测量了它们在不同磁场下的电阻温度关系。实验结果表明这些样品具有较低的上临界场。利用磁通蠕动模型研究了样品的钉扎势,发现样品中存在集体钉扎,低场区域可能是由条纹相或Bi3+,Bi5+离子引起的晶格畸变造成的2D缺陷集体钉扎,较高磁场区域可能是线缺陷或点缺陷引起的集体钉扎。最后我们测量了 x = 0.22组分在不同温度下的磁滞回线,进一步证实了样品中的钉扎机制。第六章对全文进行总结。
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