镍氧及其它过渡金属化合物中新超导材料的探索

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超导材料由于其优异的性能在医疗、交通、能源和大科学装置等方面为社会提供了巨大的实用价值。尤其是铜氧化物超导体,其超导转变温度在常压下高于液氮温度,可以为超导强电和弱电应用提供极佳的研究平台。在基础科研方面,高温超导材料的非常规配对机理等若干问题,一直是凝聚态物理领域最活跃的研究课题。尽管通过大量研究,人们已经从现有的铜氧化物和铁基超导体中寻找到很多经验规律,但是关于高温超导机理尚没有达成普遍共识。所以寻找新的具有非常规配对机制的高温超导材料,追求更高的转变温度并促进超导材料的大规模应用,已经是目前超导物理研究中最迫切的课题。本文主要围绕镍氧化物材料的制备及其低温物性研究展开,并在其它3d/4d过渡金属化合物中进行新超导材料的探索研究,最后介绍了层状拓扑材料Ge Bi2Te4中压力诱导的超导电性。主要内容如下:1,成功合成了Sr掺杂的113相,并通过氢化还原反应首次得到Nd1-xSrxNi O2块材样品,主要研究内容为112相块材样品中超导电性的缺失和氢化/非氢化还原产物的性质对比。通过结构和成分分析,发现块材中存在Sr掺杂浓度分布不均和微量镍缺位的特征。常压和高压下的物性研究表明块材样品为顺磁绝缘体,没有发现超导信号。使用非氢还原介质得到的112相与Ca H2还原的112相相比,虽然前者晶体结构更优,但其绝缘行为更强,仍然没有超导迹象。随后我们对多晶样品中不超导的原因进行了讨论。最后,我们介绍了Nd0.8Sr0.2Ni O2超导薄膜的软化学处理过程,得到了超导零电阻温度约为10 K的112相超导薄膜。2,成功合成了三层镍酸盐化合物Nd4Ni3O10和Nd4Ni3O8,并对其晶体结构和低温物理性质进行了研究。研究发现Nd4Ni3O10为顺磁金属,并在162 K出现金属-金属转变。霍尔效应测试表明材料的载流子类型为空穴型。Nd4Ni3O8的磁化和输运测试表明材料为顺磁绝缘体,并具有较大的顺磁磁矩。高压下的电阻测试发现Nd4Ni3O8的绝缘行为在压力下会明显增强。3,对层状化合物Sr3Mo2O7和Cr Te3进行了研究。Sr3Mo2O7的低温输运研究表明该材料为顺磁金属,并在低温下存在自旋玻璃态和电阻反常上翘行为。高压研究发现材料在压力下出现半导体行为。在3d过渡金属层状反铁磁材料Cr Te3中,通过高压输运研究发现了压力诱导的绝缘-金属相变和高压下的奇异金属行为,并在低温下观察到类似超导转变的信号。最后,对拓扑材料Ge Bi2Te4中压力诱导的结构相变和超导电性进行了介绍。通过高压结构和输运测试,发现材料在压力下出现穹顶状的超导区域和结构相变诱导的第二个超导相。Ge Bi2Te4压力下的超导电性可能具有拓扑超导的特性。
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