鐵基單晶超導 RE0.18Ca0.82(Fe1-xNixAs)2物理特性研究

我們主要研究為藉由 Ni 摻雜到 Ho0.18Ca0.82Fe2As2 的 FeAs 層，壓抑 SDW(SpinDensity Wave)使它的超導性質顯現出來，並且找到超導轉變溫度最高的最佳比例。我們利用 FeAs 自我助熔(self-flux)方式可以穩定的成長Ho0.18Ca0.82(Fe0.96Ni0.04As)2 超導單晶。在光學顯微鏡下，可以觀察到樣品表面為一層平滑且閃亮的平面 此化合物的母體 Ca(FeAs)2 為四方晶系的 Th(CrSi)2 結構，。在正常態材料具有金屬性，電阻率與溫度關係成正比。電性量測觀察到 Ho0.18Ca0.82(FeAs)2 在 T=150 K 左右時 有 SDW (Spin Density Wave)，顯現，之後藉由摻雜 Ni=2%~6%使晶格常數發生改變進而壓抑了 SDW 使超導特性顯現，且發現當 Ni 摻雜 4%時超導轉變溫度為最高，最後整理出改變稀土族元素觀察磁性離子對這類超導的影響。另一項重要的發現，就是透過 MPMS 量測其磁滯曲線，得到此 Ho0.18Ca0.82(Fe0.96Ni0.04As)2 單晶超導材料的下臨界磁場 HC1 遠小於其它類型的超導體，約只有 1 高斯的數量級。我們用 RE3+ 取代位於 FeAs 層間的 Ca+2，透過電荷轉移，增加了傳導層的載子濃度，且利用 Ni 摻雜到 FeAs 層，以至於晶格常數變短，最後透過替換稀土元素觀察磁性離子對這類超導的影響，結果與我預期影響這類超導的三大因素相符。We successfully fabricate Ho0.18Ca0.82Fe2-xNixAs2 single crystals by doping Nickel at FeAs layer. The Ca(FeAs)2 is I4/mmm Th(CrSi)2 –type crystal structure. The single crystals are grown by the self-flux method. Under an optical microscope, the sample is a smooth shiny surface layer plane. The superconductivity occurs while the Spin Density Wave (SDW) is suppressed. The superconducting transition temperature is found strongly correlated to the ratio of lattice parameters of a- and b-axis. Low critical field HC1 about 1 gauss that is a major discovery. Finally, the Homium were replaced by other rare earth elements to explore the impact of magnetic ion to such superconductivity.摘要................i Abstract................ii 目錄................iii 圖目錄................v 表目錄................viii 第一章 簡介................1 一、超導體歷史簡介................1 二、BCS 理論 ................5 三、London 穿透度................6 四、鐵基超導................7 (一) 載子濃度................10 (二) 晶格常數................11 五、自旋密度波(Spin Density Wave) ................12 六、單晶材料................15 第二章 樣品製備與量測儀器介紹................17 一、X 射線繞射儀 XRD ................17 二、電性量測系統 closed cycle refrigerator systems ............. 19 三、超導量子干涉儀 SQUID................21 四、樣品製備................23 第三章 數據分析................25 一、XRD 結構分析................25 (一) 晶格常數................30 (二) 理論密度................33 二、電性量測................34 三、FC 和 ZFC................37 四、磁滯曲線................40 第四章 結論................45 參考資料................4