本文關(guān)鍵詞：鐵基超導(dǎo)體LiFeP和新型稀磁半導(dǎo)體的制備和物性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《浙江大學(xué)》 2015年

鐵基超導(dǎo)體LiFeP和新型稀磁半導(dǎo)體的制備和物性研究

滿會(huì)媛  

【摘要】：鐵基超導(dǎo)被發(fā)現(xiàn)后引起了廣泛關(guān)注,迅速拓展到各個(gè)體系。人們嘗試用各種實(shí)驗(yàn)和理論手段研究其超導(dǎo)機(jī)制,并且越來(lái)越發(fā)現(xiàn)自旋漲落和超導(dǎo)電性之間有著密切的聯(lián)系。本文中我們用核磁共振的實(shí)驗(yàn)方法研究了“111”型鐵基超導(dǎo)LiFeP的性質(zhì)。通過(guò)固相反應(yīng)法合成多晶樣品后,我們測(cè)量了電阻率和磁化強(qiáng)度。電阻率在低溫下降到0,以及磁化強(qiáng)度給出的抗磁信號(hào),都說(shuō)明LiFeP在～5K轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體。在5‖40 K之間,電阻率和溫度之間有ρ∝T2的關(guān)系。我們測(cè)量了LiFeP中31p的核磁共振譜線和自旋-晶格弛豫時(shí)間T1。我們研究了31p的奈特位移,31K。從4.2K到280K的譜線上,31K基本不隨溫度變化。另外,LiFeP中自旋-晶格弛豫率除以溫度,1/T1T,在整個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)都很小,比LiFeAs的1/T1T小將近一個(gè)數(shù)量級(jí),意味著LiFeP中自旋漲落較弱。與此同時(shí),1/T1T隨著溫度降低表現(xiàn)出一定的增大,說(shuō)明了LiFeP中確實(shí)存在反鐵磁漲落。Korringa關(guān)系T1TKs2=h/4πkB re2/rn2β被用來(lái)研究電子的關(guān)聯(lián)情況。在整個(gè)溫度范圍內(nèi),β1,同時(shí)β又比較接近于1,表明LiFeP中的電子關(guān)聯(lián)很弱。LiFeP的Tc較低,或許和該體系中電子關(guān)聯(lián)較弱有關(guān)。我們的研究表明對(duì)于各個(gè)鐵基超導(dǎo)體系,如果將其中的Fe都換成Zn,就會(huì)變成直接帶隙半導(dǎo)體,比如LaZnAsO、LiZnAs、BaZn2As2。在這些半導(dǎo)體中摻雜Mn以引入局域磁矩,并同時(shí)摻雜載流子,會(huì)得到很多新型塊材稀磁半導(dǎo)體。目前一系列塊材DMS被發(fā)現(xiàn),并命名為"1111" [C. Ding et al., Phys. Rev. B 88,041102(R) (2013)], "111" [Z. Deng et al., Nat. Commun.2,422 (2010)], "122" [K. Zhao et al., Nat. Commun.4,1442 (2013)], "32522" [H. Y. Man et al., Europhys. Lett.105,67004 (2014)]等體系。這些體系也可以看成是鐵基超導(dǎo)體系的衍生物。同時(shí),鐵基超導(dǎo)中的Fe完全被Mn替代后,會(huì)得到一系列反鐵磁體,比如LaMnAsO [N. Emery et al., Phys. Rev. B 83,144429 (2011)]、 LiMnAs [W. Bronger et al., Z. Anorg. Allg. Chem.539,175 (1986)]、 BaMn2As2 [Y. Singh et al., Phys. Rev. B 80,100403(R) (2009)]等。值得注意的是這些超導(dǎo)體、稀磁半導(dǎo)體和反鐵磁體具有相同的結(jié)構(gòu),晶格參數(shù)值也很接近,該特點(diǎn)為利用這些材料通過(guò)As層做成各種異質(zhì)結(jié)奠定了材料基礎(chǔ)。這些新型DMS材料中,不同元素的摻雜分別引入自旋和載流子,實(shí)現(xiàn)了自旋和載流子的分離調(diào)控,使得我們能夠單獨(dú)研究自旋濃度或者載流子濃度對(duì)鐵磁性的影響。本文中介紹了幾種新型塊材DMS的制備和物性研究,包括晶格結(jié)構(gòu)、電學(xué)性質(zhì)和磁學(xué)性質(zhì)等。首先是“111”型Li(Zn,Mn)P.零場(chǎng)和弱橫向場(chǎng)μSR測(cè)量表明,隨著溫度降低,Lil.15(Zn0.9Mn0.1)P中的鐵磁有序的體積分?jǐn)?shù)逐漸增大,溫度降低至2K時(shí)鐵磁體積百分比接近100%。這說(shuō)明樣品中的鐵磁有序是本征的,而不是團(tuán)簇或雜質(zhì)導(dǎo)致的鐵磁信號(hào)。比較它和其他塊材稀磁半導(dǎo)體以及(Ga,Mn)As中,靜態(tài)局域場(chǎng)振幅as和居里溫度TC的關(guān)系可知,它們具有相同的鐵磁耦合機(jī)制。另外,Lil+y(Zn1-xMnx)P中,自旋和載流子分離的特點(diǎn)使得我們能夠在固定的自旋濃度下,單獨(dú)研究載流子濃度對(duì)鐵磁有序的影響。在Lil+y(Zn0.93Mn0.07)P和Lil+y(Zn0.9Mn0.1)P中,隨著y的增大,居里溫度TC、外斯溫度θ、有效磁矩Meff、飽和磁矩Msat都是先增大后減小。說(shuō)明過(guò)多的載流子會(huì)壓制鐵磁有序,只有在載流子和自旋濃度之間的平衡點(diǎn),才能達(dá)到最大TC,這與之前的理論預(yù)測(cè)不符。其次,為嘗試新的摻雜途徑,我們?cè)凇?22”母相β-BaZn2As2的Zn位進(jìn)行Mn和Cu或者M(jìn)n和Co共摻雜,制備了p型塊材DMS Ba(Zn1-2xMnxCux)2As2以及n型塊材DMS Ba(Zn1-2xMnxCox)2As2.研究表明共摻雜不會(huì)改變其四方層狀晶格結(jié)構(gòu),但是會(huì)改變電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)。在Ba(Zn1-2xMnxCux)2As2中,載流子的引入會(huì)降低電阻率,但是摻雜Mn引起的自旋漲落對(duì)載流子的散射,又會(huì)使電阻率增大。在單獨(dú)摻雜Mn或者Cu的樣品中,只觀察到順磁性。只有在同時(shí)摻雜Mn和Cu的樣品中,鐵磁有序才出現(xiàn)。居里溫度,TC,在x=0.20時(shí)達(dá)到70 K,矯頑力Hc達(dá)到1600 Oe。外加磁場(chǎng)下的電阻率測(cè)量表明,該體系中存在負(fù)磁阻效應(yīng)。x=0.125的樣品在7K和5T下的磁阻達(dá)到-53%。Ba(Zn0.75Mn0.125Cu0.125)2As2的交流磁化率結(jié)果表明乃強(qiáng)烈依賴于交流頻率和外加直流場(chǎng),有v0/v=(Tf/19-1)-8.3和Tf(H)∝1-6H0.55,說(shuō)明乃處發(fā)生了自旋玻璃轉(zhuǎn)變。此外,“32522”型(Sr3La205)(Zn1-xMnx)2As2中鐵磁性的發(fā)現(xiàn)代表了第五類(lèi)與鐵基超導(dǎo)具有相同結(jié)構(gòu)的塊材稀磁半導(dǎo)體。該體系保持了半導(dǎo)體行為,其居里溫度TC最高達(dá)到40 K,飽和磁矩Msat最高達(dá)到10.5 μB/Mn,并存在磁滯現(xiàn)象。不同摻雜量的樣品的磁化強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果還表明Mn摻雜確實(shí)有利于形成鐵磁有序,但是過(guò)多的Mn會(huì)導(dǎo)致Mn和Mn處于最近鄰位置,而產(chǎn)生反鐵磁耦合作用,從而破壞鐵磁有序。這也是為什么摻雜量為30%時(shí),已經(jīng)不存在任何鐵磁有序的原因。Ba(Zn1-2xMnxCox)2AS2是第一個(gè)共摻雜的n型塊材稀磁半導(dǎo)體。其居里溫度為～40 K,并且伴隨有鐵磁和反鐵磁耦合作用的競(jìng)爭(zhēng),以及負(fù)磁阻效應(yīng)。Ba(Zn,MnCo)2As2的霍爾效應(yīng)測(cè)量結(jié)果表明其載流子類(lèi)型為n型,證實(shí)了Ba(Zn,MnCo)2As2中的電子型載流子來(lái)自于(Zn2+,Co3+)替代。Zn2+, Mn2+,Co3+離子半徑的差異導(dǎo)致三者不容易同時(shí)進(jìn)入同一晶格中。為了進(jìn)一步理解該體系中Mn和Co的作用,我們需要提高樣品品質(zhì),并且通過(guò)更多的實(shí)驗(yàn)手段來(lái)研究Ba(Zn,MnCo)2As2中的磁轉(zhuǎn)變是否是本征的。我們?cè)谔剿�、尋找新型塊材DMS的過(guò)程中進(jìn)行了大量嘗試。嘗試過(guò)的材料包括“111”型Li(Zn,Fe)P和Li(Zn,Fe)As,“1111”型(La,Ca/Sr) (Zn,Co/Cr) AsO, (Ba,K)F(Zn,Mn)As, (Ba,K)F(Cu,Mn)S和La(Zn,Mn)As(O,F),另外還有“122”型(Ba,La) (Zn,Mn)2As2, Ba(Zn,MnNi)2As2和Ba(Zn,Mn)2 (As,P)2。雖然這些材料的磁性都不理想,不是新型塊材稀磁半導(dǎo)體,但是只有不斷進(jìn)行摸索嘗試才有可能合成出所需要的材料。所以這些工作對(duì)于該領(lǐng)域仍然具有一定參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O469;O511
【目錄】：

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9 韋世豪;金屬團(tuán)簇和錳摻雜稀磁半導(dǎo)體中幾何結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)的第一性原理研究[D];復(fù)旦大學(xué);2005年

10 陳逸飛;氧化鋅基稀磁半導(dǎo)體的第一性原理研究[D];天津大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 金鑫;摻雜SiC稀磁半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、磁性和輸運(yùn)性能研究[D];天津理工大學(xué);2015年

2 楊冬燕;共摻雜In_2O_3基稀磁半導(dǎo)體的局域結(jié)構(gòu)、輸運(yùn)性能及磁性的研究[D];天津理工大學(xué);2015年

3 王偉;鈷/鉻摻雜的鍺基稀磁半導(dǎo)體的制備研究[D];青島科技大學(xué);2011年

4 孫放;稀磁半導(dǎo)體模型的量子蒙特卡洛研究[D];華東師范大學(xué);2012年

5 欒洪霞;氧化鋅稀磁半導(dǎo)體制備與性能的研究[D];華東師范大學(xué);2011年

6 蔣婧思;氧化鋅摻鐵稀磁半導(dǎo)體的制備和性質(zhì)研究[D];北京交通大學(xué);2008年

7 任廣劍;氧化物稀磁半導(dǎo)體的研究進(jìn)展[D];東北師范大學(xué);2009年

8 齊娜喬;溶膠凝膠法制備鈷摻雜二氧化鈦型稀磁半導(dǎo)體及其性能研究[D];浙江大學(xué);2007年

9 藺何;稀磁半導(dǎo)體材料的第一性原理研究[D];新疆大學(xué);2006年

10 陳廣偉;稀磁半導(dǎo)體隧道結(jié)GaN:Mn/AlN/GaN:Mn電導(dǎo)的第一性原理研究[D];南京師范大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：鐵基超導(dǎo)體LiFeP和新型稀磁半導(dǎo)體的制備和物性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：179900