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自从被发现以来,铁基超导就引起了凝聚态物理和材料物理界的广泛关注。铁基超导材料有较高超导转变温度,已经成为继铜氧化物之后又一高温超导家族。铁基超导奇异的物理性质,如多带,S±配对机制,反铁磁涨落等等一直是人们研究的焦点。本论文将围绕铁基超导材料和机理研究展开。在铁基超导出现之初,我们就详细研究了LaFeAsO0.9F0.1-δ超导体的输运性质。随后我们又对铁基新材料展开了探索,与国际上的小组各自独立发现了氟基铁砷1111体系;率先发现了含有钙钛矿层的铁砷母体(Sr3Sc2O5)Fe2As2,并在此基础上制备出新的超导体Sr4V2O6Fe2As2;并且发现和研究了利用5d金属Pt掺杂BaFe2As2的超导电性。
论文的引言部分首先介绍了超导的发展历史及其相关的理论实验研究,简要介绍了几种非常规超导体。随后着重总结了铁基超导家族材料探索和物理研究的进展。
第二章描述了本论文所涉及的实验过程,实验装置和方法。
第三章讲述了我们对LaFeAsO0.9F0.1-δ超导体输运性质的研究。我们测量了样品在不同磁场下电阻随温度的变化关系,以及磁阻和霍尔。我们利用WHH公式和GL理论拟合了样品的上临界场,证明了铁基超导体有较高的上临界场。霍尔系数说明该样品电子型载流子占主导;并且磁阻和霍尔效应都显示铁基超导具有多带性质。
第四章介绍了我们独立发现的氟基铁砷1111体系;我们利用与LaO层结构相似的(Sr/EuF)层取代LaO层,成功制备出SrFeAsF,EuFeAsF母体。电阻和磁化测量显示两个母体都存在反铁磁和结构相变。随后我们又利用稀土掺杂,获得了一系列超导体,并且超导转变温度也能达到50K以上。
第五章叙述了我们率先发现含有钙钛矿层的铁基家族的过程。我们首先成功制备出(Sr3Sc2O5)Fe2As2母体,该母体由(Sr3Sc2O5)准钙钛矿层和Fe2As2导电层两部分组成,相邻Fe2As2层间距比之前发现的所有铁砷基化合物的值都要大。我们测量了样品的电阻和直流磁化,表明该母体不存在反铁磁和结构相变。磁阻和霍尔测量显示样品具有多带特征。随后我们又发现了新的铁基超导体Sr4V2O6Fe2As2,超导转变温度大约为37K,霍尔测量显示其为电子型多带超导体。
第六章讲述了我们利用5d金属Pt掺杂BaFe2As2获得超导电性的研究。详细介绍了Pt掺杂导致样品结构和电阻率的变化,并描绘出相图。最后比较了Pt掺杂与其他3d,4d金属掺杂的异同,并对超导机制做了一些探讨。