ThN阻挡层超导化合物与MnBi2Te4的X射线光电子能谱研究

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对于大多数铁基超导体而言,其母体本身具有反铁磁涨落,通过化学或物理手段压制母体本身的反铁磁涨落可以诱发超导电性,这已成为探索新型超导体的重要手段。然而对于Th N阻挡层超导化合物Th Fe As N来说,其母体本身并无反铁磁涨落,在不经任何处理的情况下可呈现高达30 K的超导电性。为了探究其超导电性的起源,本论文对铁基超导体Th Fe As N母体及掺杂电子样品的结构、磁性、输运及XPS数据进行了分析。分析发现,随着电子掺杂,晶体内部化学压力逐渐释放,超导电性也随之消失,直到生成常规超导体Th Ni As N,超导电性才又重新出现。本论文通过对输运数据的分析,发现Th Fe As N及其掺杂样品并非仅仅呈现金属性,而会随着温度降低出现一个电阻的最小值点(Tmin),在Tmin点之后,电阻会出现随着温度降低而上升的半导体的行为,这可能是由于发生了类似近藤型的散射导致的。为了探究超导及非超导样品电子化学态的区别,本论文对样品进行了XPS分析,通过数据对比发现,随着Ni原子的掺入,Fe2p与Th4f都向更高的结合能位置转移,这都是由于掺电子导致原子周围电子密度增加,对内层电子屏蔽作用增强引起的。反铁磁拓扑绝缘体因其固有的磁性和拓扑特性,使其成为可以在相对高的温度下实现量子反常霍尔效应的潜在材料,与超导电性类似,量子反常霍尔效应也可以实现电子的无耗散输运。本文通过固相反应法成功合成了具有反铁磁特性的拓扑绝缘体Mn Bi2Te4,通过磁性及输运测试确定了其Neel温度为24.5 K,并且在1.8 K,35000 Oe的磁场下发生了自旋偏转。理论上,Mn Bi2Te4家族仍有许多可以实现量子反常霍尔效应的材料(如Mn Bi2Se4),然而在实验上还未被成功合成出来,为了探究原因,本文通过XPS测试等手段去研究了Mn Bi2Te4的生长方式,确定了其基于结构对称性的插层生长方式。在结构上,作为前驱物的α-Mn Te与Bi2Te3同属层状结构,两者a轴匹配度高达96.6%,这为插层生长提供了前提条件。更进一步的,本文通过对XPS的图谱进行分峰处理后得到前驱物Mn Te中的Mn与Te的化学价态与Mn Bi2Te4中Mn与Te的化学价态是一致的,这就说明Mn Te是直接插入到以五层为一个单元的Bi2Te3中生成以七层为一个单元的Mn Bi2Te4的,并且两者之间存在电子的转移,本文认为这也是两个前驱物交互生长的动力。
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