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《杭州师范大学》 2016年
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镍硒超导体(CsNi_2Se_2、TlNi_2Se_(2-x)S_x)的超导电性和狄拉克材料BaMnBi_2的量子输运研究

陈慧敏  
【摘要】:本论文主要分为三个部分。第一部分内容为:我们成功合成了新型镍基超导体CsNi2Se2,并对其进行了系统的结构、输运性质和磁性质研究。实验结果表明,CsNi2Se2单晶具有和BaFe2As2相似的结构,超导转变温度约为2.7K,但与其他镍砷超导体不一样的是它具有很大的索末菲系数γn(~77.9mJ/mol·K-2)并且在超导态,我们发现零场的电子比热数据Ces(T)(0.5K≤T≤2.7K)可以很好的利用两带BCS理论进行拟合,表明CsNi2Se2晶体的多带特性。最后我们利用第一性原理计算发现在这些镍硒超导体中较大的γn可能是由费米面上较大的态密度引起的。第二部分研究内容为:在TINi2Se2单晶中发现多带超导电性之后,我们成功的合成了一系列掺S的TINi2Se2-xSx(0.0≤x≤2.0)单晶,并对这一系列的晶体进行了结构、输运性质和磁性质的系统测量。X射线衍射结果表明,TINi2Se2-xSx的晶胞参数a和c都随着S掺杂浓度的增加而单调减小,表明有一个正的化学压力;所有掺S样品在低温时都呈现超导电性,并且其电子比热系数都比其他镍砷超导体要大的多,呈现出重电子行为。在外加磁场下,我们发现电子比热系数γN(H)与磁场关系曲线随着TINi2Se2-xSx中S含量的增加而发生改变,说明这系列超导体中可能存在的多带特性;在所有S掺杂样品中,TINi2Se2-xSx的超导转变温度Tc与样品的无序程度(由剩余电阻率(RRR)表征)存在紧密的关联.因此TINi2Se2-xSx系统为研究多带超导体的无序效应提供了一个很好的平台。第三部分我们成功生长出了BaMnBi2的单晶,并对其进行了结构、输运性质和磁性质的测量。实验结果发现BaMnBi2在低温时存在明显的量子震荡效应,对量子震荡的分析结果表明其具有两个共振频率、很小的费米面、很小的回旋质量、很高的迁移率、以及为零的贝里相位,这些结果与第一性原理计算得到的能带结构相比较,证明了BaMnBi2费米面上存在两个类Dirac锥结构,从而存在Dirac费米子;但与其他具有Dirac锥结构的化合物如graphene相比,由于存在很强的自旋-轨道耦合,BaMnBi2费米面上的两个狄拉克锥的尖端发生了劈裂,从而出现了一个能隙,导致其出现一个为零的贝里相。除此以外,我们还开展了对BaMnBi2口压效应的研究.非常有意思的是,在我们所能加到的最高压力2.58GPa下,我们在低温时的电阻测量发现了一个Tc=4K的超导转变,并且经外推得到其零温时的上临界场高达7T,接近了其泡利极限Hp=1.84Tc=7.2T。此外,我们在低温时通过外加磁场抑制超导体后,观察到一个明显的巨大线性磁电阻,说明在高压下BaMnBi2中的Dirac费米子可能得到了保存,其与超导电性共存于这一系统,为研究Dirac费米子和超导电性之间的奇异联系提供了一个新的平台。
【关键词】:镍基超导体 层状化合物 多带 重电子 狄拉克费米子
【学位授予单位】:杭州师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O511.3
【目录】:
  • 致谢5-6
  • 摘要6-8
  • Abstract8-12
  • 1 绪论12-19
  • 1.1 超导体的发展状况12-13
  • 1.2 超导体的基本特性13-15
  • 1.2.1 超导体的两大基本性质13-14
  • 1.2.2 超导体的比热容14-15
  • 1.2.3 BCS理论15
  • 1.3 超导体物性表征方法15-19
  • 1.3.1 X射线衍射(X-ray diffraction)15-16
  • 1.3.2 四引线法测电阻16-17
  • 1.3.3 弛豫法测量比热性质17-19
  • 2 CsNi_2Se_2单晶的超导物性19-31
  • 2.1 研究背景和思路19-20
  • 2.2 实验方法和过程20-21
  • 2.2.1 样品的制备20-21
  • 2.2.2 样品的测量仪器21
  • 2.3 实验结果与讨论21-30
  • 2.3.1 样品的结构测量21-22
  • 2.3.2 样品的元素分析22
  • 2.3.3 样品的电阻性质22-24
  • 2.3.4 样品的上临界场24
  • 2.3.5 样品的磁化率性质24-25
  • 2.3.6 样品的比热性质25-28
  • 2.3.7 CsNi_2Se_2同其他的镍基超导体化合物性质对比及γ_n起因探究28-30
  • 2.4 本章小结30-31
  • 3 TlNi_2Se_(2-x)S_x化合物的超导电性和无序效应31-41
  • 3.1 研究背景与思路31
  • 3.2 实验样品的制备31-32
  • 3.3 实验结果与讨论32-40
  • 3.3.1 样品的结构测量和组分分析32-33
  • 3.3.2 TlNi_2S_2的电输运性质33-35
  • 3.3.3 TlNi_2S_(2-x)S_x晶体的电输运性质35-40
  • 3.4 本章小结40-41
  • 4 狄拉克半金属BaMnBi_2中的量子输运41-53
  • 4.1 研究背景与思路41-42
  • 4.2 实验样品的制备42
  • 4.3 实验方法和过程42-49
  • 4.3.1 样品的结构测量和组分分析42-43
  • 4.3.2 样品电阻性质和磁性质的测量43-44
  • 4.3.3 SdH振荡44-46
  • 4.3.4 二维电子结构46-49
  • 4.4 BaMnBi_2在压力诱导下的超导效应49-52
  • 4.5 本章小结52-53
  • 参考文献53-58
  • 科研成果58

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1 陈慧敏;镍硒超导体(CsNi_2Se_2、TlNi_2Se_(2-x)S_x)的超导电性和狄拉克材料BaMnBi_2的量子输运研究[D];杭州师范大学;2016年
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