超導(dǎo)材料和重費(fèi)米子材料具有奇異的物理性質(zhì),自發(fā)現(xiàn)以來(lái)一直是凝聚態(tài)物理研究的熱門(mén)領(lǐng)域。到目前為止,已知的超導(dǎo)材料可以分為四類(lèi):1.簡(jiǎn)單金屬和合金超導(dǎo)體;2.有機(jī)超導(dǎo)體;3.重費(fèi)米子超導(dǎo)體;4高溫非常規(guī)超導(dǎo)體,包括銅氧化物和鐵基超導(dǎo)體。有機(jī)超導(dǎo)體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,重量較輕,在超導(dǎo)機(jī)制的研究和實(shí)際應(yīng)用上都有很大的潛在價(jià)值。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的通過(guò)摻雜等手段可以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的有機(jī)材料有石墨,碳納米管,金剛石,富勒烯C₆₀,芳香烴,有機(jī)鹽。在本文中我們對(duì)未被研究過(guò)超導(dǎo)性質(zhì)的玻璃碳材料進(jìn)行了一系列堿金屬和堿土金屬的摻雜,并發(fā)現(xiàn)了K、Ca摻雜后的玻璃碳出現(xiàn)超導(dǎo)。制備了高質(zhì)量的石墨纖維和石墨烯薄膜,并實(shí)現(xiàn)了Ca的插層,得到了大尺寸的超導(dǎo)材料。重費(fèi)米子材料中局域磁矩和傳導(dǎo)電子的耦合作用,使其擁有許多新奇的物理性質(zhì),是凝聚態(tài)物理學(xué)的重要研究方向之一。重費(fèi)米子超導(dǎo)體的不屬于電聲耦合作用誘導(dǎo)的常規(guī)超導(dǎo)體。我們制備了AlB₂結(jié)構(gòu)的YbPtAs,并系統(tǒng)研究了它的物理性質(zhì),發(fā)現(xiàn)它是具有反鐵磁相變的重費(fèi)米子材料,在我們所能測(cè)量的溫度范圍內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)超導(dǎo)。本文主要包含以下內(nèi)容:1.介紹了超導(dǎo)的發(fā)展和... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)北京市

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

a汞的零電阻現(xiàn)象

富勒烯 C60，金剛石，石墨烯，碳納米管等，其中常壓下達(dá)到的最高 Tc是 Rb2CsC60的 33 K[15]。1979 年，Steglich 等發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)重費(fèi)米子化合物 CeCu2Si2，超導(dǎo)溫度約為0.5 K[16]。之后陸續(xù)在 CeCoIn5，CePt3Si，UPt3，UGe2，URhGe 以及最近的 YbAlB4材料中發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象[17-21]，到現(xiàn)在為止，超導(dǎo)溫度最高的是 Tc=18.5 K 的PuCoG5[22]。與其他超導(dǎo)材料相比，重費(fèi)米子材料中的 f 電子與傳導(dǎo)電子的耦合導(dǎo)致其擁有豐富的物相和奇特的性質(zhì)，有助于研究超導(dǎo)的配對(duì)機(jī)制，因此也是超導(dǎo)材料的研究熱點(diǎn)之一。1986 年，Bednorz 和 Müller 在四元化合物 La-Ba-Cu-O 中發(fā)現(xiàn)了超過(guò) 30 K 的超導(dǎo)[23]，由此開(kāi)啟了銅氧化物高溫超導(dǎo)體的探索之路。隨后，美國(guó)的朱經(jīng)武等和中科院物理所的趙忠賢等同時(shí)獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)溫度在 90 K 以上的 YBa2Cu3O7-δ圖 1. 2 超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)時(shí)間與 Tc。

1.2 有機(jī)超導(dǎo)的研究進(jìn)展碳元素廣泛存在于大氣、地殼和生物中，是組成生命最基本的元素。碳可以以多種形式存在，如：石墨，石墨烯，富勒烯 C60，碳納米管，金剛石等材料，可以認(rèn)為其他形態(tài)的同素異形體是由石墨烯通過(guò)結(jié)構(gòu)變換形成的，但這些碳材料的物理、化學(xué)性質(zhì)差異巨大。電子價(jià)態(tài)的不同形成了不同的軌道雜化，其中無(wú)定型碳，石墨，石墨烯，碳納米管，富勒烯的雜化方式是 sp2，金剛石的雜化方式是 sp3。從超導(dǎo)性的角度出發(fā)，較輕的碳原子的聲子振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很高的德拜頻率ωD，按照 BCS 理論中超導(dǎo)溫度 Tc∝ωD的關(guān)系，可以推測(cè)碳材料會(huì)有較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。如 2001 年發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)化合物 MgB2的輕原子 B，高頻的聲子振動(dòng)模式對(duì)電子配的作用使其產(chǎn)生了高達(dá) 39 K 的超導(dǎo)[39]。在已知的碳基超導(dǎo)材料中，除了碳納米管和石墨烯，其他形式的材料沒(méi)有出現(xiàn)純相超導(dǎo)現(xiàn)象，但很多超導(dǎo)體的重要組成部分是碳。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Ba-Y-Cu氧化物液氮溫區(qū)的超導(dǎo)電性——原文再版[J]. 趙忠賢,陳立泉,楊乾聲,黃玉珍,陳賡華,唐汝明,劉貴榮,崔長(zhǎng)庚,陳烈,王連忠,郭樹(shù)權(quán),李山林,畢建清.  科學(xué)通報(bào). 2017(34)



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