拓扑指数法探究掺杂YBCO、MgB2及铁基砷化物超导电性关系

【摘要】：自从超导电性发现以来,因其独特的物理学性质,使超导材料研究具有潜在的经济价值和广阔的应用领域。铜氧化物高温超导体的出现,使超导临界转变温度进入了液氮温区,进一步掀起了高温超导研究的热潮。而后发现的MgB_2超导体的转变温度为39K,自发现以来在材料、物理、化学等多个学科领域引起了广泛的关注。2008年2月新发现的铁基高温超导体LaOFeAs为人类研究高温超导问题开辟了全新的思路,目前通过铜系元素替代或在高压下,其临界温度已突破50K。然而时至今日,虽然世界很多实验室和研究小组针对三种超导体都进行了大量的研究,并取得了很大的成果。但是,对三种不同超导体系统性的研究很少。本文用数学上常用的拓扑指数方法,对三者掺杂的规律性综合比较,为超导体的运用提供理论和实验参考。 通过研究表明:大部分MgB_2掺杂体系的电负性拓扑指数°F的取值范围在2.7660～3. 4908之间。°F在2.9255附近时的掺杂效果较好,而不论°F是大于(或是小于)2.9255,T_c都随着°F的增大(或是减小)而降低,而且变化趋势显著。 对于掺杂铁基体砷化物超导体,价电子平均能量能级拓扑指数°V在37.5～39.5之间为主要集中区,而对应的T_c值绝大多数分布在20k～40k范围内,当价电子平均能量能级拓扑指数在38附近时,掺杂比例最好,可能会得到较高的转变温度。拓扑指数从38增加,相应的转变温度却在降低,而三个无超导电性的掺杂无一例外的都是当°V值高于40时出现。 Y系高温超导氧化物的价电子轨道能量拓扑指数°E值处在13.9536～16.1452之间的时候,Y系高温超导氧化物表现出很好的超导电性。Bi系高温超导氧化物的0E值处在15.8045～16.3455和19.5900～20.3772这两个区间的时候,也表现出很好的超导电性。