汞系高温超导单晶体和立方硼碳氮化合物的合成及性质表征

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1、—————————————————————汞系高温超导单晶体和立方硼碳氮化合物的合成及性质表征—————————————————————SynthesisandCharacterizationofHg-BasedHighTemperatureSuperconductingSingleCrystalandCubicB-C-NCompound————————————作者姓名：吕洋专业名称：无机化学研究方向：高压合成化学指导教师：刘晓旸教授合作导师：赵旭东教授学位类别：理学博士培养单位：化学学院论文答辩日期：2015年6月1日授予学位日期：年月日论文

2、评阅人：答辩委员会组成：姓名职称工作单位姓名职称工作单位盲审专家教授专家工作单位主席孟健研究员中科院长春应用化学研究所盲审专家教授专家工作单位委员施展教授吉林大学化学学院孟长功教授大连理工大学委员李斌研究员中科院长春光机所隋郁教授哈尔滨工业大学委员庞广生教授吉林大学化学学院李红东教授吉林大学委员袁宏明教授吉林大学化学学院汞系高温超导单晶体和立方硼碳氮化合物的合成及性质表征论文作者：吕洋指导教师：刘晓旸教授赵旭东教授专业名称：无机化学研究方向：高压合成化学化学(吉林大学化学学院，130012)摘要在当今的功能材料研究领域，高温超导和超硬材料都是研

3、究的热点方向。它们在航空、通讯和机械工程等领域都有着广泛的应用。本论文主要由两部分构成，第一部分主要介绍了超导体中的汞系高温超导体的合成和性质测试，这是本论文的主体部分；第二部分则是介绍了对超硬材料立方相的硼碳氮化合物的合成探索。自从1986年超导转变温度为35K的高温超导体被发现以来，它就成为了超导研究领域的热点方向。但是，迄今为止，关于高温超导的机制问题仍然困扰着研究者们。因为高温超导体普遍具有各向异性，所以，为了研究高温超导的机制问题，就必须要对其进行单晶体的合成。在高温超导体中，汞系铜氧高温超导体具有同类超导体中最高的超导转变温度，同时

4、又具有相对简单的四方结构，因此，它成为了研究高温超导机制的比较理想的体系。一直以来，在实验中获取大尺寸、高品质的可供后续性质研究的单晶体具有较高难度。在本论文中，概述单层汞系高温超导体Hg1201的合成方法及合成过程中需要注意的细节问题。需要指出的是，本研究组通过之前的实验探索，已经获得了成熟的Hg1201单晶体合成技术和通过样品热处理的方法来获取内部氧分布比较均匀同时空穴掺杂浓度可控的样品的技术。在此基础上，进一步对合成出的Hg1201单晶体进行了特定的处理，获取了用以后续RXD和RIXS测试的样品。我们还通过类似Hg1201合成技术的两步合

5、成的方法成功获取了Hg1212单晶体样品，并通过对实验细节进行系统的校正，可以重复的获取高品质，大体积的样品,因为汞系高温超导体存在的各向I异性，只有对大体积的单晶体进行的性质测试得到的数据才是比较准确的。因此，得到的毫米级的Hg1212单晶体对于后续的测试来说具有重要的意义。Hg1212合成的具体实验方法为，首先由硝酸钡和氧化铜在一定的温度下反应生成前驱体，然后将前驱体在手套箱中和氧化汞、氧化钙按比例混合，再放置于密封石英管中程序升温就可以稳定地得到Hg1212单晶体样品。在此之后，还对Hg1212单晶体进行了热处理。通过对热处理后的Hg12

6、12单晶体样品进行磁性测试，确定了onset热处理后的样品的Tc可以达到123K左右，这一数值已经非常接近Hg1212onset的最优掺杂的Tc。许多的关于Hg1212单晶体的后续测试也需要这样的样品来进行。同时，这为后面进一步合成欠掺杂和过掺杂的样品打下了基础。电荷密度波存在于超导体的赝能隙和超导态中，与超导性能存在着共存和竞争的关系。所以，对电荷密度波的研究对理解高温超导机制有着重要的作用。在本论文中，对空穴浓度p≈0.09（Tc=72K）的Hg1201单晶体进行了RIXS和RXD的测试来对其电荷密度波进行研究。在零磁场的情况下，虽然与YB

7、CO相比，Hg1201样品中电荷密度波与超导性能的相关和竞争关系相对较弱，但是，我们也在Hg1201样品中观察到了电荷密度波的现象。同时，通过对Hg1201单晶体中的电荷密度波随温度变化的研究中，还发现了短程电荷密度波是和费米液体输运行为在200K左右的一个温度下几乎同时出现的。在具体的测试中，首先对样品在动量空间中的[H,K,L]进行了研究，并选择了[H,K,L]范围为H为变量，L为与H相关的值，K为0。在接下来的测试中，首先对样品进行了能量扫描，在固定H值的情况下对样品进行能量扫描时，在准弹性峰附近观察到了样品的电荷密度波的能量吸收。然后，

8、又固定了能量对动向进行扫描。通过对结果进行归一化处理，得到了电荷密度波的数据为：HCDW=0.276(5)r.l.u.,2κ=0.058(9)r.l.