FeSeTe单晶中出现起始转变温度为146K的超导电性.ppt

Fe(SeTe)单晶中出现起始转变温度为14.6K的超导电性和 过量Fe发挥的的作用。 40961056 赵旭鹏 直至今日，对于铜基超导材料的高温超导机制，物理学界仍未形成一 致看法，这也使得高温超导成为当今凝聚态物理学中最大的谜团之一 。因此很多科学家都希望在铜基超导材料以外再找到新的高温超导材 料，从而能够使高温超导机制更加明朗。 2008年Hosono等发现LaFeAsO 1-x F x 具有26K的超导转变之后，全世 界掀起了一股铁基超导热。 Fe1+ySexTe1-x体系具有结构简单、不含As、容易生长较高质量的单晶 的优点。 Single crystal was successfully grown by self-fl ux method, and effect of post-annealing technique on structure and superconelfductivity was also systemically studied. The results show the as-grown sample has an excellent superconductivity with an onset transition temperature Tconset 14.6 K and a zero resistivity temperature Tczero13.4 K. After annealing at 400 C for 48 h, excess Fe in the post-annealing sample appears with Fe1.06Se0.34Te0.66 formula, and superconductivity was strongly suppressed with Tczero8.0 K. The experiments found that excess Fe is located at Fe(2) site with local magnetic moment. According to the Werthamer-Helfand-Hohenberg(WHH) theory, the upper critical fi elds Hc2 at zero temperature were estimated to be 54.2T for as-grown sample and 28.2 T for post-annealing sample. Two abnormal drops in DC magnetization are found near 40 K and 125 K for all samples, the one near 40K may be related to a spin freezing of excess Fe and that near 120K should be corresponding to the structural transition from tetragonal to monoclinic. This is confi rmed by the strain measurement. On the other hand, a kink change of specifi c heat was also found around 10K for a post-annealed sample. 我们对采用自助溶剂法生长得到的Fe1.01Se0.38Te0.62单晶和退火技术 对于材料结构和超导电性的影响进行了系统的研究。研究结果表明制 备出的生成态晶体样品有着优良的超导特性，起始转变温度为 14.6 K，零电阻率温度为 13.4 K .在400 下退火48小时,退火后样品中 过量的Fe 的比例为Fe1.06Se0.34Te0.66，超导电性将明显出现在零电阻 率温度Tczero =8.0 K。 实验发现过量的Fe处于Fe(2)位并造成局域磁 矩。根据WHH理论，在零电阻处的生成态样品上临界磁场估计达到 了54.2T，退火后达到了28.2 T。在所有样品的直流磁化曲线中发现 了两个异常的下降，分别在40K到125 K。40 K附近的下降可能与过 量的Fe的自旋冻结有关,而117K附近的下降应该对应于从正方到单斜 的结构性转变。这点通过应变测量得到了确认。另一方面, 在退火后 的样品中，比热的扭结改变温度大约为10k左右。 The discovery of iron-based oxypnictide superconductor LaFeAsO1-xFx with Tc =26 K arouses a widespread interest of research.The transition temperature has been raised up to 55 K in REFeAsO1-xFx (RE=Sm, Nd, Pr, Ce, and La,1111-family),followed by Tc =38 K in Ba1 -xKxFe2As2 (122-family),Tc =18 K in LiFeAs (111-family),andTc =8.0 K in Fe1xSe (11-family). All iron-based superconductors share a common feature of FeAs/(Se,Te) layers,which is similar to that of CuO2 in high temperature cupratesuperconductors. In general, there are several ways to grow single crystal samples, such as Bridgman method,self-fl ux technique,and optical zone-melting technique. 在REFeAsO1-xFx(RE= Sm, Nd, Pr, Ce, La) (1111-体系)中，最 高超导转变温度达到55K，在Ba1-xKxFe2As2(122-体系)中超导温 度也达到了38K，同时在LiFeAs(111-体系)以及Fe1+xSe(11-体系) 中也分别出现了18K以及8 K的超导现象。 与铜氧化物高温超导体相比，铁基超导体也具有类似于CuO2 的 FeAs/(Se,Te)层状结构，其作用是作为载流子的传导层。不过与铜 氧化物母体从反铁磁型的Mott绝缘体中通过掺杂来产生超导电性不 同，铁基超导体更像是在抑制金属性基态后产生超导电性。 单晶生长的方法，包括Bridgeman方法、自助溶剂法和光学浮区 炉法等。其中Bridgeman方法和光学浮区炉法生长得到样品的超导 体积分数比较小，而采用自助溶剂法可以较好地解决这个问题。 A single crystal of Fe1.01Se0.4Te0.6 with approximately 8 mm in diameter and 18 mm in length has been grown by self -fl ux method. The sample was prepared from stoichiometric quantities of iron powder (99.9 wt. %), selenium powder(99.99 wt. %), and tellurium powder (99.999 wt. %) with the nominal proportion of 1.01:0.4:0.6. The mixed powder wasn fi rst pressed into arod by using anisostatic press up to 60MPa, then sealed in double-walled evacuated quartz ampoules and sintered at 950 C for 48 h followed by cooling down to 600 C at a rate of 1 C per hour, and fi nally annealed at 400 C for 24 h. For comparison, a plate cleaved from the asgrown single crystal was annealed again at 400 C for 48 hrs. 本实验所用单晶样品采用自助溶剂法生长，直径大约为8mm,长度约 为18mm。将铁粉(99%)、硒粉(99.99%)和碲粉(99.999%)按照 1.01:0.4:0.6的配比在手套箱里混合研磨均匀；其次将研磨后的粉末 在60MPa的等静压力下把粉末压成棒状，并将压成的棒封装到双层石 英管里面，石英管内保护气体压强小于5Pa；随后将封装在双层石英 管的样品在950保温48小时，然后以1/小时的速率降温至600 ，最后在400保温24小时。取一小块剥离下来的样品在400进行 48小时的退火后作为对比样品。 点火损失测量 称重 混合 干燥 装料 空气驱除 压制 钻孔 绑丝 烘结 晶体生长 方向测定 切割抛光 The compositions were analyzed using energy dispersive x ray spectroscopy (EDX) attaching to fi eld emission scanning electron microscopy (FESEM, JEOLJSM -6700). Resistivity measurements were performed using a standard four-probe method on Physical Property Measurement System (PPMS-9 T, Quantum Design) from 3 K to 300 K and a magnetic fi eld up to 90 000 Oe. DC magnetization and specifi c heat measurements were carried out on PPMS-9 T.Strain measurement was completed by an improved TDS-102 data logger (TML) attaching to PPMS-9 T. 样品结构分析：采用日本理学公司生产的D/max-2550X射线衍射仪 ； 表面和成分分析：采用日本电子公司生产的JEOLLSM-6700场发射扫 描电子显微镜(FESEM)。 电阻率以及直流磁化测量：使用综合物性测量系统(PPMS,Quantum Design)进行； 应变测量：采用连接到PPMS上的TDS-102应变仪测得。 D/max-2550X射 线衍射仪 JEOLLSM-6700场 发射扫描电子显微 镜(FESEM) PPMS（综合物性测量系统）是美国Quantum Design公司开发的一 款对材料的各种物理性质进行基础研究的仪器。PPMS系统的设计理念是 在一个完美控制的极低温(50mK)和强磁场(16T)平台上，集成全自动的 磁学、电学、热学和形貌，甚至铁电和介电等各种物性测量手段。 对于绝大多数常规实验项目，PPMS已经设计好了全自动的测量软件 ，和具有标准测量功能的硬件，如电阻率、磁阻、微分电阻、霍尔系数 、伏安特性、临界电流、交流磁化率、磁滞回线、比热、热磁曲线、热 电效应、塞贝克系数、热导率和形貌表征等等。 经过独特而巧妙设计，PPMS系统上的各种测量选件之间能够互不干 扰，且能够简单快速地相互切换。 （a）单晶样品剥离面的X射线衍 射图；劳厄衍射 (图b); X射线能 谱分析(EDS)(图d和f);SEM(c和e) 从单晶样品剥离面的X射线衍射图上可以看出只有(00 l)方向上的衍射 峰，表明单晶样品具有很好的ab-面方向的剥离面；劳厄衍射 (图1. b)也证明了剥离面垂直于c轴，单晶具有很好的方向性。X射线能谱分 析(EDS)(图1.c和d)显示所生长的单晶样品实际成分为 Fe1.01Se0.38Te0.62，而退火后变为Fe1.06Se0.34Te0.66，其中的插图 (SEM)中看到的小亮斑，可能是过量的Fe引起的。 退火前的样品，起始转 变温度Tconset=14.6K ，零电阻温度 Tczero=13.4K，而退火 后的样品 Tconset=14.6K，零电 阻温度Tczero=9.5K。 由于退火之后的样品Fe 含量的增加，导致了电 阻率变大。同时，由于 Fe原子磁矩对样品的超 导电性有抑制作用，因 此零电阻温度Tczero降 低。 从图中可以得到三条曲线的斜率dH/dT，即三个特征温度的上临界场随 温度的变化，对于退火前的样品，三个斜率分别为dH/dT=-4.09T/K， dH/dT =-4.55 T/K和dH/dT =-5.88T/K。对于退火之后的样品，斜 率变为dH/dT=-13.33T/K，dH/dT =-4.06 T/K和dH/dT =-3.15 T/K，用WHH(Werthamer-Helfand-Hohenberg)近似估算得到T=0K 时退火前后样品的上临界场