铁基高温超导体的穆斯堡尔谱与磁性研究

摘要

最近发现的超导转变温度可以达到55 K的铁基高温超导材料引起了人们极大的兴趣。研究发现铁基超导体与铜基超导体类似，通过电子或空穴掺杂其母体能够压制其结构与反铁磁相变，最终出现超导电性。因此，此类超导体中存在着极其重要的磁与超导电性的相互作用。多数学者认为当反铁磁转变被压制是会出现自旋涨落并且对超导配对机制的理解有着极其重要的作用。然而，对于结构与反铁磁相变出现的物理根源还存在很大的争议。因此，铁基超导体的磁性与相变研究对于理解这些问题有很重要的意义。
　　 本论文制备并详细研究了CeFeAsO0.84F0.16多晶超导体与CaFe2As2单晶母体的磁性与穆斯堡尔谱，并得到了如下主要结论：
　　 1.CeFeAsO0.84F0.16：本论文研究了CeFeAsO0.84F0.16超导体的微观与宏观磁性。我们测量了样品不同温度下的DC与AC磁化率曲线与变温穆斯堡尔谱。结果显示样品的超导转变温度为36 K；从样品的磁化曲线我们得到了样品的不同温度下的第一临界场Hcl(T)。M(T)与M(H)结果得到当温度低于3 K时反铁磁态与超导电性共存；这主要是由于Ce原子4f电子的局域磁距引起的。15 K-295 K的变温穆斯堡尔谱可以由一个单峰很好的拟合，证明样品中铁原子只有一种局域环境；并且得到的超精细参数显示铁原子最可能处于低自旋(S=0)正二价态(Fe2+)。最后我们计算得到了其德拜温度为336 K。
　　 2.CaFe2As2：我们用穆斯堡尔谱的方法对单晶母体CaFe2As2的结构与磁相变进行了详细的研究。在反铁磁转变温度之上，样品的穆斯堡尔谱可以由一套不对称的双峰拟合。说明样品中只有一种铁原子局域环境；并且通过计算双峰的峰强比我们得到铁原子周围的电场梯度主轴分量Vzz大于零。从Vzz随温度的变化曲线我们可以得到样品的结果相变(Ts～165 K)为第一性相变，与同质异能移及磁性测量结果一致。我们用Bean-Rodbell模型对超精细场随温度的变化进行了拟合，得到结构参量η=1.35；说明磁相变为第一性相变(TN～165 K)。并且得到了样品的压缩率K=1.67×10-2GPa-1。因此，我们认为样品的结构与磁相变存在很强的耦合作用，并且可能是由于自旋涨落引起的。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：List of Figures

声明

Acknowledgements

Chapter 1 Introduction

1.1 Superconductivity

1.2 Advances of Iron-Based High-Tc Superconductors

1.3 Contributions of M(o)ssbauer Spectroscopy

1.4 Thesis Outline

Chapter 2 Mossbauer Spectroscopy

2.1 The M(o)ssbauer Effect

2.2 Hyperfine Interactions

2.2.1 Isomer Shift

2.2.2 Electric Quadrupole Splitting

2.2.3 Magnetic Hyperfine Splitting

2.2.4 Combined Magnetic and Quadrupole Interactions

2.2.5 Spectrum Line Intensities

Chapter 3 Magnetometry

3.1 Basic magnetic measurements

3.2 SQUID Magnetometry

3.2.1 Electron-pair Waves

3.2.2 Josephson Tunnelling

3.2.3 Superconducting Quantum Interference Device (SQUID)

Chapter 4 Characterization Techniques

4.1 X-Ray Diffractometer

4.2 SQUID Magnetometer

4.3 M(o)ssbauer Spectrometer

4.3.1 gamma-ray Source

4.3.2 Basic M(o)ssbauer Spectrometer

4.3.3 Data Analysis

Chapter 5 1111-type Superconductors

5.1 Sample Preparation

5.2 Results and Discussion

5.2.1 Magnetization Measurements

5.2.2 M(o)ssbauer Spectra Analyses

5.3 Concluding Remarks

Chapter 6 122-type Superconductors

6.1 Sample Preparation

6.2 Results and Discussion

6.2.1 Structural Characterization

6.2.2 Magnetization Measurements

6.2.3 M(o)ssbauer Spectra Analyses

6.3 Concluding Remarks

Chapter 7 My Conclusions

Chapter 8 Appendix：Publications during my PhD program

References