【摘 要】
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自发现超导现象以来,人们对于新型超导材料的探索热情只增不减,各种类的超导体相继被发现。2008年发现的ZrCuSiAs型结构的超导母体LaFeAsO,由萤石型结构[La2O2]2+层和反萤石型结构[Fe2As2]2-层构成,且在低温下呈现反铁磁自旋密度波态。后续研究发现,电子型、空穴型及部分同价元素替代都可以压制体系的反铁磁基态,并引发超导。说明该类结构具有极强的元素替代适应性。2016年,我们组
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自发现超导现象以来,人们对于新型超导材料的探索热情只增不减,各种类的超导体相继被发现。2008年发现的ZrCuSiAs型结构的超导母体LaFeAsO,由萤石型结构[La2O2]2+层和反萤石型结构[Fe2As2]2-层构成,且在低温下呈现反铁磁自旋密度波态。后续研究发现,电子型、空穴型及部分同价元素替代都可以压制体系的反铁磁基态,并引发超导。说明该类结构具有极强的元素替代适应性。2016年,我们组首先合成的一种新型ZrCuSiAs型化合物ThFeAsN,经物性测量显示,无需掺杂即可呈现30 K超导,且不存在过去常见的反铁磁及自旋密度波态。后续研究表明,超导加强的原因在于其中的c方向化学压力。除ZrCuSiAs型结构以外,我们注意到目前已知的所有家族准二维超导体都存在下列特征:其一,从结构上看,其导电层都不是孤立存在的。总能找到一系列化合物与已知超导体的导电层同构。其二,在所有属于同结构的导电层中,总是存在多种能够承担超导的导电层。基于上述经验规律,我们针对一类基于Ti2Pn2O导电层的超导体进行结构类推和扩展,发现了一种拥有Mo2Si2C导电层的超导体。基于上述发现,本论文的主要内容如下:一、我们采用电弧熔炼合成了一种新的四元化合物Th Mo2Si2C,该化合物属于Ce Cr2Si2C型的四方结构,其晶胞参数为a=4.2296(?)、c=5.3571(?)。基于X射线衍射的结构精修显示,导电层间存在Si-Si共价键。对该化合物电阻和磁化率的测量表明该材料高温下为泡利顺磁体。当温度降低到2.2 K以下时,材料出现超导相变。比热测量显示超导导致的比热跳变为?C/γnT=0.98。此外,我们还进行了一系列物性测量,详细表征了材料的超导下临界场Hc1、上临界磁场Hc2、超导相干长度ξ、伦敦穿透深度λ以及超导能隙等参数。二、基于前期ThFeAsN和ThNiAsN中的研究我们推测,所有含有Th2N2层的化合物中都存在c轴方向的化学压力,且该压力会对物性产生显著影响。基于这一推测,我们之前合成了一系列新型Mn基化合物ThMnPN、ThMnAsN。本文继续延伸该实验并首先合成了一种基于Mn元素的层状化合物ThMnSbN。本文中详细分析了这一新型锰基化合物的晶体结构,确认了其中的确存在类似的c方向化学压力。此外一系列物性测量也显示,这种内建化学压力显著提高了d轨道电子的巡游特性,并对体系的反铁磁基态产生了影响。
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