Синтез, строение и свойства сверхпроводников на основе арсенидов и селенидов железа с щелочными металлами

• Автор: Рослова, Мария Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
I. ВВЕДЕНИЕ

II. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Структурное разнообразие железопниктидных и железохалькогенидных сверхпроводников

2.2. Электронная структура, сверхпроводимость и магнетизм

2.3. Магнитная структура и фазовые переходы

2.4. Замещение в железопниктидах и железохалькогенидах

2.5. Синтетические подходы к получению железопниктидов и железохалькогенидов

2.5.1. Поликристаллические образірі

2.5.2. Рост монокристаллов

2.5.3. Тонкие пленки и провода

2.6. Объекты исследования и постановка задачи
III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
4.1. Получение и характеризация НаБеАв
4.2. Мессбауэровское исследование локального окружения и сверхтонких взаимодействий ядер 57Ее в ИаЕеАз
4.3. Исследование замещения железа в слое проводимости на 3с1 и 4йэлементы в порошках НаЕе;_х7МхА
4.4. Сверхпроводимость и магнетизм в монокристаллах ПаЕе./_х7МхАз, ТМ = Со, Из
4.5. Экспериментальные исследования природы сверхпроводящей щели в КпЕе>.х7'Л/,.А>, ТМ - Со, Ші
4.6. Особенности низкотемпературного поведения монокрпсталлических образцов ХаЕе;,.7'Л/,Аз, ТМ= Сг, Мп, №, 1Ы
4.7. Синтез и кристаллическое строение образцов К^хПахЕегАэг
4.8. Анизотроши сверхпроводящей щели в К/.хШхЕе,2А
4.9. Синтез КхЕег-^Бе^ и исследование влияния допирования кобальтом на мікроструктуру композита

4.10. Получение фаз Ю^Рег-уБег и исследование их морфологии и физических свойств .
4.11. Выявление микроструктурных особенностей сверхпроводящего и несверхпроводящего образцов ШхРе^.Бег
4.12. Исследование электронного спектра сверхпроводящего ЯЬхРег-уЗег методом внутренней Андреевской спектроскопии на микротрещине
4.13. Выявление зависимостей между особенностями структуры и сверхпроводимостью в семействах 111 и
V. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
VI. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
I. ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Сверхпроводимость привлекает внимание исследователей в течение более ста лет. Однако сложность этого явления, от уровня теоретических представлений до практики получения материала, существенным образом тормозит его применение. Открытие в 2008 г. сверхпроводимости с критическими температурами до 56 К в оксопниктидах железа LnFeAsOi.jFx (Ln = La - Gd), а вслед за ними и в бескислородных ферроарсенидах и ферроселенидах щелочных и щелочноземельных металлов вызвало громадный интерес в научном сообществе. Высокие критические поля и относительно низкая анизотропия делают эти соединения весьма перспективным для практического применения. С другой стороны, железосодержащие сверхпроводники представляют собой новую платформу для изучения сверхпроводимости как явления. Их необычность заключается в экспериментально наблюдаемом сосуществовании сверхпроводимости и магнитного порядка, обусловленного тем, что как эффекты куперовского спаривания, так и обменные взаимодействия между ионами разыгрываются в подрешетке железа. Общей кристаллохимической особенностью всех железосодержащих сверхпроводников является слоистая структура, образованная за счет чередования т.н. слоев зарядовых резервуаров и проводящих слоев с антифлюоритоподобным строением [FeAT], где X = As, Se. Исследуемые фазы 122 (KFe2As2 иДДее.уБе:, где А = К, Rb) содержат в слое зарядового резервуара плоские сетки из атомов щелочного металла, а фазы 111 (NaFeAs и его производные) включают более компактные гофрированные слои из атомов Na. Путем изо-и гетеровалентного замещения атомов в обоих слоях можно варьировать кристаллическую и электронную структуру этих соединений в широких пределах. Получение сведений об особенностях поведения материалов семейств 111 и 122 с сочетанием сверхпроводимости и магнетизма представляет на сегодняшний день исключтельный интерес. Близость сверхпроводящего и антиферромагшпного основных состояний в NaFeAs позволяют сделать предположение о важной роли спиновых флуктуаций в формировашш сверхпроводящего состояния в нем, тогда как в соединениях AFejAsi и AxFe:.ySe:, где А -щелочной металл, механизм возникновения сверхпроводимости может значительно отличаться. Таким образом, целью работы является синтез и изучение взаимосвязи состав - структура - свойства в сверхпроводящих арсенидах и селенидах семейств 111 и 122, используя в качестве инструмента изо- и гетеровалентное замещение в этих соединениях.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
нитных и транспортных кривых [152, 153], методами ТЕМ [40, 42, 151], STM [36, 44, 154], локальнымиметодами-ЯМР [155-157], pSR [158-160] имессбауэровской спектроскопии [161, 162], а также методом дифракции отраженных электронов (HR-EBSD) [163, 164]. Предполагается, что q2^a3a не имеет вакансий в подрешетке Fe и близка по составу к HeFeiSei, причем ее параметр с на -1-2% больше, чем у исходной ячейки типа ThCriSE, тогда как в плоскости ab она сжата на -4% [165].
Рис. 20. Микрофазовое разделение в KJ-b.ySei [150]. Показаны SAED и HRTEM в направлениях (А-С)
[001], (B-D) [310]. Векторы модуляции qi = l/5[3as+bs], qi = l/2[aj+bs]
В работе [155] значение 8 для RbxFe2.ySe2 (Тс - 32 К) определялось по данным ЯМР на ядрах ^Rb и 77Se с привлечением данных pSR и мессбауэровской спектроскопии и составило 0.3(1). В работе [166] было исследовано 3 образца KxFe2-ySe2 с помощью дифракции высокого разрешения с использованием СИ и для них было найдено 8 ~ 0.38-0.58, а доля СП фракции составляла от 12 до 18%. В работе [167] исследовались 2 образца RbyFe2-xSe2 с Тс = 27 и 24 К с помощью монокристального эксперимента по дифракции с использованием СИ и порошковой нейтронной дифракции. Состав СП фазы был оценен как Rb0 60(s)(Fei io(5)Se)2, а доля СП фракции - 10% для образца с Тс = 27 К и 8% для образца с Тс = 24 К.
Особенность морфологии nxFe2-ySe2 материалов заключается в появлении сетки взаимно перпендикулярных полос длиной 10-30 щп и толщиной до 1 ргп, хорошо заметных на SEM микрофотографиях в режиме обратно-рассеянных электронов (рис. 21, А). Фазовый контраст указывает на наличие участков обогащенных и обедненных Fe в СП образце валового состава KosFei76Se2 [151]. Рис. 21, В-D показывает, что области, обед-