过渡金属化合物LaRh3和WReB的超导电性研究

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自1911年发现超导以来,人们一直寻找具有更高转变温度的新超导体,并探索其中超导机理。在随后几十年中,研究人员发现了许多新的转变温度(Tc)低于30 K的超导体,这些超导体中,绝大多数的超导性质都可以用BCS理论解释。最近,一些具有AB3(Pu Ni3型)和AB2(Mg Cu2Laves相)结构的化合物成为广泛研究的对象,其中A代表稀土金属(La-Gd),B代表过渡金属:Ir或Rh。该化合物包含了丰富的物理特性,研究者进行了大量研究。例如近来发现的超导体LaIr3(Tc=2.5 K)和CeIr3(Tc=3.4 K),Ir的5d轨道电子的强自旋轨道耦合(SOC)作用对超导形成起了至关重要的作用。通常情况下,自旋轨道耦合(SOC)在低能量电子结构中起关键作用。例如,在拓扑绝缘体中,SOC打开了带隙并生成了受拓扑保护的表面态。另外,在一些第二类型超导体中,强的SOC作用会引起超过Pauli顺磁极限的上临界磁场。最近,由于强自旋轨道耦合作用产生的奇异超导性质在LaIr3超导体被发现,使得超导体LaIr3的超导性质受到了越来越多的关注。目前,与LaIr3具有相同晶格结构但是SOC强度不同的化合物LaRh3的物理性质尚未充分挖掘。因此,我们合成了LaRh3样品并研究了其超导性质。其次,和过渡金属元素Ir相似,Re也存在强自旋轨道耦合作用。W2B是常规超导体,通过Re掺杂代替改变SOC的强度研究其超导性质的改变具有重要意义。因此,我们制备了W2B结构的三元化合物WReB,并通过电、热输运手段详细地研究其超导性。在第一章,我们简要叙述了超导体的发现和超导理论的发展历程,其中包括超导体的早期唯象理论和微观BCS理论。接着,我们对不同超导材料体系进行了简要描述,最后重点分析了RE2m+nT4m+5n和W2B化合物的研究现状和最新进展。第二章介绍了样品制备的方法,以及测量电学、磁学、比热等性质时用到的测量仪器和测量方法。在第三章,我们对LaRh3样品电、热等物理性质进行了系统的研究,发现该样品在Tc=2.6K处产生超导转变。比热测量表明,LaRh3是弱耦合BCS超导体。在第四章,我们合成了WReB多晶并详细研究了其热动力学性质、上临界场和下临界场,并未发现反常的超导性质,低温下比热测量数据也能很好地利用单带s波进行拟合。总之,从我们目前结果来看:WReB是弱耦合的s波超导体。在第五章,我们对全文进行总结和展望。
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