论文部分内容阅读
压力能够诱导材料出现超导相变,且可以极大提高材料的超导转变温度的事实,已经被很多实验证明。如153GPa和188GPa的超高压力,能够分别使H2S和LaH10转变为超导体,且具有高达203K和260K的超导转变温度。这些发现也使得在材料中实现常温超导——这一人类的终极目标逐渐成为可能。在超导体材料中诱导出接近于常温的超导转变温度,往往需要200GPa左右甚至更高的压力,因此需要使用金刚石对顶砧（DAC）压力产生装置。然而,在DAC平台上进行超高压原位的超导现象测量却面临着诸多技术上的困难。首先,对于传统的电阻测量方法而言,电极在超高压下有可能会与待测样品发生化合反应,破坏研究对象的本征属性;其次,迈斯纳效应（抗磁性）测量需要在DAC中布置磁测量线圈,但超高压下样品极小（通常只有几个微米）,因此抗磁信号极弱,不足以被测量线圈感应到。本论文就是针对上述技术困难,尝试利用金刚石NV色心的光探测磁共振谱对微弱磁场变化极其敏感的特性,在DAC上建立新的抗磁性测量方法,为超高压下原位的超导现象研究提供新的检测手段。为此,我们开展了系列的前期准备工作,并得到如下研究成果:（1）我们检测了两种不同尺寸的金刚石NV色心,两种金刚石NV色心的尺寸分别为60μm和10μm左右。两者均具有波长为637nm的荧光峰,且都能用于后续的实验测量。（2）我们采用波长为532nm的连续激光辐照金刚石NV色心,并采用直径为20μm的铜线与微波发生器发射端的SMA端口线相连并末端接地的方式,同时,金刚石NV色心与铜线完全贴合,以此获得了金刚石NV色心的光探测磁共振谱。（3）通过改进实验技术,我们将该套微波传输装置完整引入到DAC中,搭建了可实现高压下金刚石NV色心的光探测磁共振谱的原位测量的实验装置。考虑到金刚石对顶砧装置的结构特殊性,我们采用铂片作为微波在金刚石砧面上的传输装置,并用铜线作为引线,末端接地,探测到了高压下金刚石NV色心的光探测磁共振谱。并通过使用一维亥姆霍兹线圈施加磁场,得到了不同直流磁场强度条件下的金刚石NV色心的光探测磁共振谱。（4）我们测量了在不同微波天线、微波功率及直流磁场下的金刚石NV色心的光探测磁共振谱,并进一步改进LabVIEW的编写程序,引入Butterworth滤波器,实现了金刚石NV色心的荧光有效采集。此外,我们还从理论上研究了氧化铟的带隙随压力的变化关系,解释了氧化铟电阻率随压力增大而增大的机理。理论计算结果表明,在15.1GPa之后,能带随压力增大变宽的速率约为0.0217eV/GPa,略低于15.1GPa之前的速率0.0296eV/GPa。同时我们发现,在15.1GPa附近的变化趋势与氧化铟发生结构相变的压力点是基本吻合的,表明能带随压力的变化关系也可以用来反应压致结构相变的发生。其总态密度及分波态密度的计算结果表明,铟元素态密度在压力下的变化是能带变宽的主要原因。