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铁基超导体Sr_2VO_3FeAs的磁转变及其掺杂研究

马志锋  
【摘要】:铁基超导体是继铜氧化物超导体后的另一类高温超导体,它的发现是高温超导研究领域的突破,同时也为超导理论研究带来了新的机遇和挑战。总结铁基高温超导体的经验,发现相邻FeAs层之间的距离与相应的超导转变温度TC大致有正相关的联系。因此,寻找具有更大FeAs层间距的新材料成为探求更高TC的铁基超导材料的一个重要的努力方向。与其它类型的铁基超导体相比,Sr2VO3FeAs母体具有37.2 K的超导电性,具有更大的FeAs层间距和特殊的钙钛矿结构,这使它具有一些独特的物理性质。 首先,我们重点研究了Sr2VO3FeAs母体的磁性性质。物性测量表明在超导转变温度TC以上的55 K和150 K均存在磁性异常。不同温度下的穆斯堡尔谱测量结果表明磁性异常与Fe是无关的。低温下的晶体结构分析并没有发现结构相变。在V位引入掺杂,两个磁性异常均被迅速压制,进一步说明这两个磁性相变与V的相关性。我们认为Sr2VO3FeAs的磁性起源于[Sr4V2O6]2+层,而超导则发生在[Fe2As2]2-层。T=55 K的磁性异常可能是由V3+的巡游电子或者V3+的反铁磁分量引起的弱铁磁转变。 其次,我们试图通过控制氧含量来研究Sr2VO3FeAs的样品质量和物理性质的变化。研究发现,一定范围内的氧空位,有利于形成更纯的相;随着氧空位的增加,T=55 K和150 K的磁性异常逐渐受到抑制,超导TC降低,样品最终变为半导体。 最后,我们系统研究了Sr2VO3FeAs体系中的Fe、V互占位问题。通过调整Fe、V配比,发现样品的电、磁性质发生了很大变化。当Fe的含量增多时,样品的超导TC被快速提升至37 K;相反,增加V的配比,母体中的两个磁性相变受到压制,样品也迅速变成了半导体;这与由氧空位所导致的物理现象是一致的。我们认为氧空位的存在可能有利于V占据Fe位。V对Fe位的占据在[Fe2As2]2-面上引入无序,改变了晶格和电子结构,最终导致Sr2VO3FeAs的物理性质变得丰富而复杂。要弄清Sr2VO3FeAs中复杂物理性质的机理,仍需要进一步的实验研究和论证,而Fe、V互占位和氧空位问题很可能会成为突破口。


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