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《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》 2017年
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新型量子功能材料的高压合成和压力效应研究

刘影  
【摘要】:本论文主要介绍高压在铜氧化物超导体合成方面,以及在新型量子功能材料如铁基超导体和拓扑绝缘体压力效应研究方面的应用。主要内容包括:(一)在高温高压下制备了Sr2CuO3+δ超导体,对其进行了相关的结构和物性研究。在本组刘清青博士原有的实验基础上,进一步优化实验条件,在具有最佳掺杂的Sr2CuO3.4超导体中,大大提升了超导相含量,同时得到了Tc=75K和Tc=48K两个超导相共存材料。通过透射电镜分析,并将其与高压制备的Tc=75K样品,退火处理后的Tc=89K与Tc=95K样品透射电镜结果进行对比,得知Tc=48K样品新相具有对称性为2√2ap×2√2ap×cp的Pmmm调制结构,并绘制出所有已知超导相与其调制结构的对应表。(二)对新发现的具有四方超导相的FeS进行了系统的压力下电输运以及结构研究。当加压至0.4GPa时,即有小部分的四方相FeS转变为六方结构并且一直存在。在更高的7.4GPa出现正交相,9.0GPa转变为单斜结构。四方相FeS的超导在压力下被抑制,这一点与四方相的FeSe材料不同。随着压力增加,S-Fe-S键角略微变化,压力下的不稳定性使阴离子高度变小,远离1.38?。阴离子高度的减小以及压力下结构的不稳定可能是导致超导被压制的主要原因。另外由四方相到正交相的结构转变导致的金属-半导体相变在6.0GPa被观测到。9.6GPa以后的电阻反常上升可能是由于单斜结构的电子能带结构变换引起的。结构相变与阴离子高度决定了压力对超导性的抑制,这也侧面印证了对FeS超导体阴离子高度相比FeX4的四面体规则性来说是决定超导温度的主要因素这一观点。最终,我们建立了四方相FeS的压力温度相图,揭示了超导相FeS的结构和物性随压力的变化。(三)通过进行压力下的电输运性质和晶体结构的测量并辅以理论计算,系统研究了拓扑绝缘体HfTe5的压力效应。结果表明,伴随压力的升高可能先由弱拓扑性向强拓扑性转变,同时因为Lifshitz相变而产生的电阻异常所在温度Tp随着压力出现先降低后上升的趋势。压力上升到5.5GPa,Tp最大并伴随着超导现象的出现。该超导转变温度在20GPa左右最高,达到约5K。高压晶体结构研究表明,随着压力增加由Cmcm相转变为C2/m相,进而变为P-1相,其中超导的出现是由C2/m结构相变引起的。基于此,我们对HfTe5压力下的奇异拓扑量子现象以及拓扑相变的发生有了更深入的认识,也通过压力这一手段丰富了我们对于新型拓扑量子材料的研究。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O521.9;TB34

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